全国制备石墨烯复合材料研发

石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，自从其发现以来，石墨烯在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。尤其是它极高的机械强度，出色的导电和导热性能，以及丰富的来源（石墨），使其能作为一种理想的无机纳米填料来制备聚合物复合材料。但是目前为止，石墨烯材料的大规模制备，以及如何将石墨烯均匀地分散到聚合物基体中并且优化石墨烯与聚合物基体之间的界面作用力一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了多种新颖的方法实现了对石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制备了多种高性能的石墨烯/聚合物复合材料，这些材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。常州第六元素拥有氧化石墨(烯)、石墨烯粉体、复合材料3大系列产品。全国制备石墨烯复合材料研发

还原石墨烯以及改性的石墨烯已经被用在药物载体、活细胞成像、生物分子检测等生物领域[50]。相比于碳纳米管，石墨烯基材料在生物领域的应用有着明显的优势。首先，它不含金属催化剂等杂质，因此不会对细胞产生生物应激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性剂而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯极高的比表面积能使载药量**提高。改性石墨烯同样也被用在一些生物器件上，检测生物细胞以及生物分子。它能作为界面对单个细菌进行识别，也能作为无标记，可逆DNA检测器，或是作为一种极性特定的分子晶体吸附蛋白质/DNA[123]。全国制备石墨烯复合材料研发氧化石墨易于接枝改性，可与复合材料进行原位复合。

在橡胶类体系中，需要同时兼顾材料的强度与韧性，因此对GO的分散性和GO与橡胶基体间的相互作用要求更高。主要通过将GO与橡胶分子交联，或对GO改性，增强其对橡胶分子的亲和性来实现47,48。Liu等42以极性XNBR为载体，将GO转移到SBR基体中。GO悬浮液与XNBR胶乳混合，然后将其加入到SBR胶乳中，再进行胶乳共凝聚。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料在SBR基体中的分散进行了表征并研究了纳米复合材料的力学性能。研究发现，XNBR可以通过氢键与GO相互作用，并与SBR形成化学交联。因此XNBR可以防止SBR基体中GO片层聚集，改善GO和SBR的相互作用。图5.1中描述了XNBR对GO和SBR相互作用的影响。

使用高阻隔性能高分子薄膜，可防止由于氧气等气体的渗透而引起的微生物繁殖和封装内容的氧化；防止香味、溶剂等的流出，提高内容物的储存性。所以提高薄膜阻隔性能十分有必要，市场需求量巨大。高阻隔性包装材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等与氧化石墨烯复合，可使复合材料的阻隔性能得到进一步提升。Wu等45人报道了表面活性官能化的氧化石墨烯（SGO）与双（三乙氧基硅丙基）四硫化物（BTESPT）作为天然橡胶（NR）的多功能纳米填料的研究结果。作者通过简单的方法成功地将BtTPT分子接枝到氧化石墨烯的表面上，得到的SGO可以通过溶液混合在NR中实现精细分散。研究发现，在低填充量下，SGO***的改善了NR的气体阻隔性能。图5.5显示了在25°C处测量的SGO/NR纳米复合材料（P）的透气性。将其与未填充NR（P0）进行比较，P/P0的值作为SGO加载量的函数进行了表示。很明显，当SGO含量为0.3wt.%时，P/P0急剧下降至52%，此后缓慢下降。因此，0.3wt.%的SGO可与16.7%的粘土添加效果相媲美，大幅度改善NR的气体阻隔性能。导热型石墨烯，外观为黑色粉末。

石墨烯先和聚合物单体或者预聚物混合均匀，有时候也可以在合适的溶剂中混合，然后进行聚合反应。化学改性或者还原的氧化石墨烯表面含有或残留一些官能团，这些官能团能直接与聚合物共价连接，也能作为反应点对石墨烯进行进一步的改性，比如利用ATRP共价接枝上聚合物链[138,159]。目前报道的利用原位聚合法制备的复合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、环氧树脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的优点在于它能使聚合物和填料之间形成很强的界面作用，有利于应力传递，同时也能使纳米填料均匀的分散在基体中。但是，体系的粘度通常会随着聚合反应的进行而增加，这会给后续处理以及材料成型上带来一定的麻烦。利用氧化石墨烯制备的石墨烯导热膜，导热系数高。全国导热石墨烯复合材料有哪些

氧化石墨烯滤饼（SE2430W、SE243PW、SE243EW）。全国制备石墨烯复合材料研发

在非导电聚合物基体中加入导电填料通常能使聚合物表现出一定的导电性，而且聚合物导电性随着填料含量的增加呈现出一种非线性的提高。当在填料添加量达到某一个数值，即逾渗阈值时，这些填料能在基体中形成导电网络，使复合材料的导电性能大幅度增强。因此，石墨烯本身良好的导电性以及宽高比决定了它可以作为一种理想的无机相来制备导电复合材料。相比于对石墨烯基复合材料导电性能的研究，对聚合物/石墨烯复合材料导热性能的研究要少很多，这可能是由于在碳纳米管增加聚合物导热性能的研究中效果不甚理想的缘故。不同于导电性的增强，好的导热性需要很强聚合物与填料之间的结合力。因此，原位聚合法在制备导热性能良好的复合材料时具有一定的优势。全国制备石墨烯复合材料研发