單純的導電聚合物在充放電循環的過程中通常穩定性較差,使得其在電容器電極等方面的應用受到了限制,開發具有優異導電性能的復合材料勢在必行。石墨烯和導電聚合物共軛結構的相互作用可以增強基體導電性,同時又可以實現結構的增強。因此,導電聚合物與氧化石墨烯的復合成為一個研究熱點49。雖然GO本身并不導電,但是在高分子加工過程中GO可以部分還原,而導電填料與基體間的強界面作用以及導電填料在基體中良好的分散性能更有利于聚合物基體導電性能的提高53。表2列出了一些GO在一些類型的高分子基體中電學性能提升效果。石墨烯適用于鋰離子電池正負極材料導電添加劑,可有效提高電池能量,改善循環壽命和倍率性能。陜西石墨烯復合材料粉體
由于表面富含活性含氧基團,能與一些含極性基團的聚合物產生較強的作用力,所以氧化石墨烯通常被作為一種納米填料添加到聚合物當中以增強聚合物的物理性能。Liang等人報道了用氧化石墨烯增強聚乙烯醇的研究,他們發現氧化石墨烯添加量*為0.7wt%時,聚合物的力學性能就得到了***的提高,如楊氏模量提高了76%,而比較大拉伸強度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增強聚氨酯,發現當氧化石墨烯添加量為4.4wt%時,聚合物基體的楊氏模量和硬度分別增加了900%和327%[63]。Xu等人同樣制備了氧化石墨烯/聚乙烯醇復合材料,不過他們用了一種新穎的抽濾成膜的方式,在得到的復合材料薄膜中,由于真空抽濾產生的向下的吸引力,使二維的氧化石墨烯片層以有序的狀態排列于聚合物基體之中,得到―磚墻式‖結構的復合材料薄膜[64]。這種復合材料的性能變化與氧化石墨烯含量的變化成近似正比的關系,如圖1-5所示。Putz等人同樣用這種方法制備了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯復合材料,這種材料的楊氏模量更是可高達接近40GPa,遠遠超過了一般聚合物/無機納米復合材料所能達到的力學性能范圍[65]。全國導熱石墨烯復合材料類型石墨烯復合材料可用于注射和擠出成型制件,作為粒子材料應用于礦用管、給水管及汽車電器配件等領域。
石墨烯先和聚合物單體或者預聚物混合均勻,有時候也可以在合適的溶劑中混合,然后進行聚合反應。化學改性或者還原的氧化石墨烯表面含有或殘留一些官能團,這些官能團能直接與聚合物共價連接,也能作為反應點對石墨烯進行進一步的改性,比如利用ATRP共價接枝上聚合物鏈[138,159]。目前報道的利用原位聚合法制備的復合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、環氧樹脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的優點在于它能使聚合物和填料之間形成很強的界面作用,有利于應力傳遞,同時也能使納米填料均勻的分散在基體中。但是,體系的粘度通常會隨著聚合反應的進行而增加,這會給后續處理以及材料成型上帶來一定的麻煩。
石墨烯材料具有強大的導電性能,而且石墨烯是由大量的碳原子組成,以及它具有極強的**性,碳原子的未成鍵π與電子之間相互作用,所以,石墨烯材料得到了廣泛的應用。此外,石墨烯材料還具有其他性質,例如:電學性質、電子傳輸性。石墨烯電流遷移率逐漸提高,而且其遷移率也在以光的速度來計算,已經達到***時期,而且也是硒化鉛等半導體材料所無法比擬的。經過對石墨烯性能的研究,研究發現石墨烯材料并不均衡,而且石墨烯的機械性能也成為了石墨烯的主要性能之一,就目前的情況而言,石墨烯復合材料的研究已經成為了主要研究的問題之一。石墨烯的出現,使得石墨烯復合材料的強度有所提高,經研究發現,與不添加石墨烯的復合材料相比,添加了石墨烯的復合材料的強度遠高于不添加的,并且復合材料的強度可以提高二分之一甚至一倍。此外,經過氧化處理的石墨烯的斷裂強度較高,并增強了石墨烯的緊密型與連接性,想要制成石墨烯水凝膠,必須要使用經過氧化處理過的石墨烯。氧化石墨烯分散液含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團。
氧化石墨烯與聚合物復合材料的制備可以追溯到上個世紀。在這些復合材料中,氧化石墨通常是在水溶液中超聲剝離,盡管在當時單層的氧化石墨烯并沒有被明確的指出,但是科學家發現這種超聲剝離后的片層非常薄,厚度在1.8~2.8nm之間,說明得到的氧化石墨烯不超過3層[59,60]。直到2006年,Rouff等人證明了單層氧化石墨烯并制備了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯復合材料之后[61],利用氧化石墨烯制備復合材料的研究才真正開始受到***的重視。。石墨烯防腐漿料 與粉料相比,漿料中的石墨烯更易于分散在基體材料中。制備石墨烯復合材料粉體
氧化石墨烯含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度。陜西石墨烯復合材料粉體
聚合物太陽能電池常采用氧化銦錫(ITO)作為透明導電電極。其中ITO成本較高,機械穩定性較差,即使在很小的外界機械應力作用下ITO膜也易產生微裂紋導致膜電阻增加,從而使光電器件的性能下降。石墨烯優異的光學性能和機械強度及韌性,使其在柔性光伏器件的透明電極中具有更好應用潛力[97]。Xu等[98]將氧化石墨烯溶液旋涂成膜,然后在700℃下用肼蒸汽還原,所得石墨烯薄膜的薄層電阻為1.79×104Ω/sq,電導率為22.3S/cm,將其在有機光伏電池中(OPVs)作為透明電極,所得器件的功率轉換效率為0.13%。這種方法制備得到的石墨烯薄膜不僅可以用于有機光伏電池,還可以用于其他光學器件,例如平板顯示器等。Zhang等[99]對氧化石墨烯進行950℃熱還原,再使用標準工業光刻以及O2等離子體蝕刻工藝對還原的石墨烯薄膜進行精確可控地刻蝕,制備了石墨烯網狀透明電極(GME),提高了電極的透光率。陜西石墨烯復合材料粉體