制备石墨烯复合材料技术

材料的结晶无疑与材料的性能和应用息息相关65。将氧化石墨烯与结晶材料复合，进而进行材料结晶过程的定向调整，可以实现材料性能的有效提升66。例如通过差热法研究发现，氧化石墨烯的负载量在不断的提升的同时，聚合物类氧化石墨烯的结晶现象也得到了有效的缓解。随着温度的不断降低，与原材料相比，氧化石墨烯聚合物复合材料的结晶速度变得缓慢。与此同时，材料的基本结构并没有随着温度的降低而发生明显的改变。由此可见，一些氧化石墨烯聚合物复合材料可以被应用于各种低温环境当中，实现耐低温材料的更加广泛的应用。应用于锂电正负极材料，还可以应用于橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。制备石墨烯复合材料技术

目前锂离子电池的负极材料以石墨为主，现阶段几乎达到其理论容量值，因此高容量负极材料引起了当前锂离子电池中的研究热点。负极材料，应该具有良好的锂离子和电子传输能力。石墨烯表面可以存储锂离子，具有高的电子迁移能力。与此同时石墨烯作为负极材料还可以缩短锂离子的传输路径。Bulusheva等将氧化石墨烯置于浓硫酸中加热，之后在惰性气体中进行高温煅烧得到表面有2-5 nm孔的石墨烯，该石墨烯材料具有良好的倍率性能[2]。Jiang等将氧化石墨烯水热处理后再通过强碱制备得到多孔石墨烯，在0.05 C 倍率下首圈放电容量可达到2207 mAh g-1；在高倍率5 C下容量可达到220 mAh g-1[3]。华南理工大学的Lian等[4]将氧化石墨烯置于高温煅烧炉中在惰性气体的保护下还原得到层数少、缺陷少、杂质少的高质量石墨烯，并将其用作锂离子电池负极材料。东北新型石墨烯复合材料商家GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。

石墨烯材料可以应用于阻燃橡胶领域。***，由于石墨烯是一种特殊材料，属于二维片层结构，石墨烯与橡胶的结合，具有一定的严密性，可以产生十分严密的物理隔绝层，对橡胶来说，其具备更强的阻燃性，可以更加***地应用到日常生活中。其次，石墨烯与橡胶的嵌合，可以起到隔绝的效果，在树脂中掺杂石墨烯，其产生的物理反应是产生一层保护膜，隔绝与空气的接触，从而起到阻燃的作用。第三，石墨烯材料的应用，可以避免在高温条件下产生反应，在化学反应的条件下，可以形成阻燃层，产生阻燃的效果。

氧化石墨烯在聚合物基体中可以限制聚合物链的流动性，在燃烧过程中，各向异性氧化石墨烯形成碳层网络，阻碍降解产物的逸出。还原后石墨烯还具有较高热导率，有助于燃烧区域狙击的热量扩散，因此氧化石墨烯/聚合物复合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯还可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐热性60,61。这是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键配位后，使复合材料的自由离子量缩减，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员通过共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂用作原材料，进行氧化石墨烯聚合物复合材料的制备。实验结果发现所制备的复合树脂材料与单纯的树脂相比，耐热性能有了***的提升，这无疑为耐热材料的良好应用打下了坚实稳定的基础，也推动了耐热材料的发展62。氧化石墨烯还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。

聚合物的结晶过程会直接影响其加工性能，氧化石墨烯加入到聚合物中可以在复合体系中起到成核剂的作用，有效地改善聚合物的结晶过程。研究人员对聚乳酸（PLLA）/氧化石墨烯纳米复合材料进行了非等温和等温过程中冷结晶行为的研究64。通过不同升温速率的差热分析发现，随着氧化石墨烯负载量的增加，聚乳酸的结晶峰温向低温范围转移，这说明聚乳酸的非等温冷结晶行为有明显改善，而且氧化石墨烯可***地提高聚乳酸的结晶速率，并使其结晶机理和晶体结构保持不变。石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。制备石墨烯复合材料技术

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由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。制备石墨烯复合材料技术