基于石墨烯的导电复合材料
《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》

《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究摘要:本文重点研究了石墨烯与导电聚合物复合材料的制备工艺,并对其电化学性能进行了深入探讨。
通过优化制备工艺,成功制备了具有优异导电性能和电化学稳定性的复合材料,并对其在能源存储与转换领域的应用潜力进行了初步评估。
一、引言随着现代科技的快速发展,能源储存与转换领域对于新型材料的性能要求越来越高。
石墨烯作为一种新型的二维材料,因其卓越的导电性、机械强度和热稳定性而备受关注。
而导电聚合物也因其良好的导电性、可调的电化学性能和易于加工等特点,在能源领域具有广泛的应用前景。
因此,将石墨烯与导电聚合物进行复合,制备出具有高性能的复合材料,对于推动能源储存与转换技术的发展具有重要意义。
二、石墨烯/导电聚合物复合材料的制备本部分详细介绍了石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法。
首先,通过化学气相沉积法或氧化还原法制备出高质量的石墨烯。
然后,通过溶液混合法、原位聚合法或物理混合法等方法将石墨烯与导电聚合物进行复合。
在制备过程中,可以通过调整石墨烯与导电聚合物的比例、反应温度和时间等参数,优化复合材料的性能。
三、电化学性能研究本部分主要研究了石墨烯/导电聚合物复合材料的电化学性能。
首先,通过循环伏安法、恒流充放电测试等方法对复合材料的电化学性能进行了初步评估。
结果表明,该复合材料具有良好的循环稳定性和较高的比电容。
此外,还通过电化学阻抗谱等方法对复合材料的离子传输性能进行了研究,发现其具有良好的离子传输速率。
四、讨论与结果分析本部分对实验结果进行了详细的分析和讨论。
首先,探讨了石墨烯与导电聚合物之间的相互作用机制,发现石墨烯的加入可以有效提高导电聚合物的导电性能和电化学稳定性。
其次,分析了制备过程中各参数对复合材料性能的影响,发现适当的石墨烯含量和反应条件可以显著提高复合材料的电化学性能。
最后,对复合材料在能源储存与转换领域的应用潜力进行了初步评估,认为其具有广阔的应用前景。
石墨烯基复合材料的制备及性能研究

石墨烯基复合材料的制备及性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料,具有多种优异的物理、化学和机械性质,被广泛认为是材料科学领域的革命性发现之一。
石墨烯具有极高的电子迁移率、巨大的表面积和出色的机械强度,使其成为制备复合材料的理想增强剂。
石墨烯基复合材料的制备方法有多种,其中最常用的方法之一是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)。
CVD法通过将碳源气体(如甲烷)在高温下引入反应室中,经过化学反应生成石墨烯,并将其沉积在基底材料上。
CVD法制备的石墨烯通常为大面积单层石墨烯,具有较高的质量和较少的缺陷。
石墨烯基复合材料的性能研究是一个热门领域。
其中一个典型应用是石墨烯纳米复合材料的电子器件方面。
石墨烯的高电子迁移率和大量的自由电子使其成为理想的导电层材料,可以用于制备高性能的柔性电子器件、传感器和太阳能电池。
另外,石墨烯还可以作为增强剂用于制备高性能的复合材料。
石墨烯具有极高的拉伸强度和刚度,可以有效地增强复合材料的力学性能。
研究表明,在复合材料中引入少量的石墨烯可以显著提高复合材料的强度、刚度和耐磨性。
除了力学性能的增强,石墨烯还可以改善复合材料的导热性能。
石墨烯具有优异的热导率,能够有效地传导热量。
因此,将石墨烯引入导热性能较差的基体材料中,可以显著提高复合材料的导热性能。
这对于一些需要高导热材料的领域(如电子散热材料)具有重要意义。
此外,石墨烯还可以提高复合材料的抗腐蚀性能。
石墨烯具有较高的化学稳定性,可以有效地防止基体材料受到腐蚀。
因此,在复合材料中引入石墨烯可以增强复合材料的耐腐蚀性能,延长其使用寿命。
总之,石墨烯基复合材料的制备和性能研究是一个充满挑战和潜力的领域。
石墨烯的优异性能使其成为制备高性能电子器件和复合材料的理想材料。
未来,随着对石墨烯制备技术和性能研究的不断深入,相信石墨烯基复合材料将在各个领域展现出更多的应用前景。
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能

石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯,作为一种二维的碳纳米材料,因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性,在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺,作为一种导电聚合物,具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合,可以充分发挥两者的优势,提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质,然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法,包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后,通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试,分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力,并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究,旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导,推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积(CVD)法、氧化还原法或剥离法实现。
其中,氧化还原法是最常用的一种方法,它通过将天然石墨与强氧化剂反应,生成氧化石墨,再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来,我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行,如使用过硫酸铵作为氧化剂,在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合,生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中,溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中,然后加入聚苯胺溶液,通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后,通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能,我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯增强金属复合材料的电子应用

石墨烯增强金属复合材料的电子应用石墨烯,作为一种新型的二维材料,因其卓越的导电和导热性能,引起了广泛的研究兴趣。
近年来,人们发现将石墨烯与金属复合,可以大幅度提升复合材料的性能,尤其在电子应用领域中具有重要的潜力。
本文将探讨石墨烯增强金属复合材料在电子领域中的应用,涉及增强导电性能、提高器件性能和实现柔性电子器件三个方面。
一、增强导电性能石墨烯具有极高的电子迁移率和导电性能,而金属则具有较低的电阻率和良好的导电性能。
将二者复合后,石墨烯可以作为金属材料的导电网络,从而提供更好的导电性能。
通过控制石墨烯的含量和分散性,可以实现复合材料的导电性能的调控。
这为电子元器件和热管理领域提供了一种新的解决方案。
二、提高器件性能石墨烯增强金属复合材料在各种电子器件中都发挥了积极的作用。
以柔性显示器为例,常规的金属导电层常常出现折叠和断裂的问题,而石墨烯增强的金属复合材料可以有效地解决这一问题。
石墨烯的柔性和强度使得复合材料具备抗折叠和抗断裂的特性,从而提高了器件的稳定性和可靠性。
此外,石墨烯增强金属复合材料还可以应用于智能穿戴设备、传感器和太阳能电池等领域。
在智能穿戴设备中,复合材料的高导电性和柔性特性可以提供更好的电流传输和易于弯曲的特性,使得设备更轻薄舒适。
在传感器领域,复合材料的高导电性和高灵敏度可以提高传感器的检测性能。
在太阳能电池中,复合材料的高导电性可以增强电荷传递效率,从而提高能量转换效率。
三、实现柔性电子器件石墨烯增强金属复合材料具备优异的柔性和可塑性,使得其在柔性电子器件领域具有广阔的应用前景。
通过将复合材料应用于柔性电路板、柔性传感器和可穿戴设备等领域,可以实现更加轻薄、柔性和可弯曲的电子器件。
石墨烯增强金属复合材料的优异电子性能和柔性特性相结合,将为柔性电子器件的发展提供良好的技术支持。
综上所述,石墨烯增强金属复合材料在电子应用领域中具有重要的潜力。
通过优化石墨烯的含量和分散性,可以实现复合材料的导电性能的提升,从而在电子器件中发挥积极作用。
石墨烯导电复合材料应用进展

中图分类号 :T Q 3 3 0 . 3 8
文献标识码 :A
文章编号 :1 0 0 5— 5 7 7 0( 2 0 1 3 )S 1 — 0 0 6 8— 0 6
Pr o g r e s s i n t he App l i c a t i o n o f Gr a ph e ne Co nd uc t i v e Co mpo s i t e s
GUO J i n ui r n g , W ANG Me n g me i ,C HE N L i n a , W ANG De — x i
( Q i n g d a o Z h o n g k e Ha o t a i I n n o v a t i o n a n d T e c h n o l o g y I n s t i t u t e L t d ,Q i n g d a o 2 6 6 3 0 0 ,C h i n J ,从 此 石 墨 烯 以其 超 强 的优 异 性 能
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图1 石 墨 烯 构 成零 维 、二 维 、i维 材 料 的 示 意
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盖 姆教 授认 为 ,我 们所 熟知 的石 墨 、纳米碳 管和 富勒烯 等碳 的其 他结 构 ,是 由单 层石 墨烯 经过 某种形 变而 形成 的 ,石 墨烯 由单 层碳原 子 紧密堆 积成 二维蜂 窝状 品格结 构 ,他 是构 建 其 他 维 度 碳 质 材 料 ( 如 零 维 富 勒 烯 、一 维 碳 纳 米 管 、 三 维 石 墨 ) 的 基 本
摘要 :介绍 了石墨烯的主要特性和石墨烯分类 ;综 述了石墨烯制备超级 电容器 电极材料 ,制备柔性透明石墨烯 电 极 、导 电油墨 、导电添加剂以及 导电纤维 ,超轻气凝胶 的应用进展 ,同时对石墨烯作为导热材料 的应用进行 了展望 。
基于石墨烯的导电聚合物复合材料的制备与性能

基于石墨烯的导电聚合物复合材料的制备与性能石墨烯是一种由碳原子构成的纳米级薄片材料,具有出色的导电和导热性能。
近年来,科学家们对石墨烯的研究逐渐深入,发现将石墨烯与聚合物复合制备的导电聚合物复合材料具有广泛的应用前景。
本文将探讨基于石墨烯的导电聚合物复合材料的制备与性能。
导电聚合物复合材料由导电填料和聚合物基体组成。
石墨烯作为一种理想的导电填料,可以高效地提高聚合物复合材料的导电性。
石墨烯具有高电子迁移率和独特的二维结构,可以形成三维网络结构,提供了优异的电子传输通道。
此外,石墨烯还具有出色的力学性能和化学稳定性,能够增强聚合物基体的力学性能和耐久性。
制备基于石墨烯的导电聚合物复合材料的方法多种多样,包括溶液法、热压法和电化学析出法等。
溶液法是最常用的制备方法之一。
在溶液法中,石墨烯首先与溶剂中的聚合物进行混合,形成石墨烯-聚合物混合溶液。
然后通过自组装或机械剪切等方法使石墨烯均匀分散在聚合物基体中。
最后,通过溶剂挥发或静电纺丝等工艺将石墨烯-聚合物混合物形成纤维或薄膜。
制备的导电聚合物复合材料具有优异的导电性能和物理化学性能。
其中导电性能是最为重要的。
石墨烯作为导电填料,可以增加聚合物复合材料的导电路径,降低电阻率,提高导电性能。
石墨烯与聚合物基体之间的界面也对导电性能起到重要影响。
优异的界面相容性可以增加导电路径的连续性,从而提高导电性能。
此外,石墨烯还能够增强聚合物复合材料的力学性能和耐久性。
石墨烯的高强度和刚性可以增加聚合物基体的拉伸强度和模量,提高复合材料的力学性能。
同时,石墨烯的高化学稳定性可以增强聚合物基体的耐久性,延长复合材料的使用寿命。
此外,基于石墨烯的导电聚合物复合材料还具有许多其他应用方面的独特性能。
由于石墨烯具有高比表面积和优异的吸附性能,导电聚合物复合材料可用于制备高效的吸附剂。
例如,石墨烯-聚合物复合材料可以用于水处理,用于去除水中的重金属离子和有机物污染物。
此外,石墨烯-聚合物复合材料还可以用于制备柔性电子器件。
石墨烯导电浆料

石墨烯导电浆料
石墨烯导电浆料是一种新型的复合材料,其具有优异的导电性能。
这种导电浆料的主要成分是石墨烯,而石墨烯是一种由单层的原子由六方体结构构成的超细层材料,具有优异的导电性能。
同时,石墨烯具有高强度、高导电性、高抗热能性、低热膨胀系数、较好的热导性和光综合性等优点,同时可以有效减少导热感应电晕的发生,并能有效降低导电材料的损耗和电池自放电。
石墨烯导电浆料主要是通过加入石墨烯纳米粒子和高分子固体溶剂制成的复配质粒,以有效地改善导电浆料的物性性能。
石墨烯可以实现对电流密度的改进,减少电路中的电抗,降低制备系统内部电阻损耗,从而提高电路性能和功率效率。
另外,它还具有优良的抗氧化性能,可以有效地减少老化和异常现象的发生。
石墨烯导电浆料还可以提高印制电路板的电学性能,可显著提高印制电路板的性能,减少电流密度及寄生电容,同时减少印制电路板上电路的传导损失,从而可使印制电路板的性能得到提高。
而且由于石墨烯导电浆料具有优异的电学性能,其使用极为安全,不会发生失火爆炸等危险,同时具有优异的热稳定性。
综上所述,石墨烯导电浆料的优异的物理性能和电学性能使其成为先进设备和新一代电气化产品的理想材料,可以用于生产各种制造电路板及无线充电产品等。
石墨烯纳米复合材料的微观结构与性能研究

石墨烯纳米复合材料的微观结构与性能研究摘要:近年来,石墨烯作为一种新颖的碳基材料,其独特的结构和优异的性能引起了广泛关注。
石墨烯纳米复合材料,是将石墨烯与其他纳米材料相结合的复合材料,可以在综合性能上进一步提升。
本文主要探讨了石墨烯纳米复合材料的微观结构与性能之间的关系,并介绍了目前在此领域进行的研究。
1. 引言石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料,具有高导电性、高热导性和高机械强度等优秀特性。
然而,石墨烯的应用受限于其脆性和难处理性。
为了克服石墨烯的这些缺点,研究者开始将其与其他纳米材料相结合,形成石墨烯纳米复合材料。
这些复合材料不仅可以发挥石墨烯本身的特性,还可以利用其他纳米材料的功能增强其综合性能。
2. 石墨烯纳米复合材料的微观结构研究石墨烯纳米复合材料的微观结构是其性能的基础。
一种常用的制备方法是通过化学还原石墨烯氧化物,将其还原成石墨烯,并与其他纳米材料进行混合。
这种方法可以有效地将石墨烯和其他纳米材料紧密地结合在一起。
此外,还可以利用层状材料(如石墨烯和二硫化钼)之间的范德华相互作用力实现石墨烯的层间叠加。
这种方法可以灵活地控制石墨烯的层数和纳米材料之间的相互作用,从而实现对石墨烯纳米复合材料微观结构的调控。
3. 石墨烯纳米复合材料的性能研究石墨烯纳米复合材料的性能主要取决于其微观结构和组成。
一方面,石墨烯在复合材料中可以作为导电层或衬底,提供高导电性和高热导性,从而改善复合材料的导电性能和导热性能。
另一方面,其他纳米材料的添加可以增强复合材料的力学性能和化学稳定性。
例如,将石墨烯与高分子材料相结合可以提高复合材料的柔韧性和可塑性。
同时,与金属纳米颗粒的结合可以提高复合材料的抗氧化性能。
此外,石墨烯纳米复合材料还具有其他特殊的性能。
例如,通过控制石墨烯的层数和添加纳米颗粒的种类和浓度,可以实现对复合材料的光学性能的调控。
石墨烯纳米复合材料还具有优异的吸附性能和催化性能。
这些特殊的性能使得石墨烯纳米复合材料在能源存储、传感器、催化剂和电子器件等领域具有广阔的应用前景。
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基于石墨烯的导电复合材料进展课程:聚合物结构与性能学生:张恩重学号:201110102626自2004年英国曼彻斯特大学Geim教授首次制备出单层石墨烯[1](graphene)以来,其独特的性质就引起了科学家们的广泛关注。
石墨烯是单层碳原子紧密堆积而形成的炭质新材料,单层石墨烯是以二维晶体结构存在,厚度只有0.335nm,是目前世界上最薄的二维材料,它是构筑其它维度碳质材料的基本单元,可以包裹起来,形成零维的富勒烯,卷起来形成一维的碳纳米管,层层堆积形成三维石墨,如图1。
石墨烯是一种没有能隙的半导体材料,具有比单晶硅高100倍左右的载流子迁移率(2×105cm(V·s))[2]在室温下具有微米级自由程和大的相干长度,因此它是纳米电路的理想材料。
另外,石墨烯还具有良好的导热性(导热率为5000W(m·K)[3]、高强度高达130GPa[4]、高透明度(对自然光的吸收率只有2.3%左右)和超大的比表面积(2630m2/g)[5]。
由于石墨烯具有上述优异的性能,使其有望在微电子、能源、信息材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。
图1 2D结构的石墨烯片层演变成C60、碳纳米管和石墨的示意图目前制约石墨烯和其复合材料发展的两个主要因素是:一、具有单层结构石墨烯的大规模制备;二、石墨烯的可控功能化。
本文将从聚合物复合导电材料、聚合物复合材料导电机理,石墨烯的制备和石墨烯聚合物复合导电材料的性能研究进展等方面介绍基于石墨烯的导电复合材料,并了解其未来研究领域。
导电高分子材料近二十年,尤其导电高分子获得诺贝尔奖以来,导电高分子材料作为高分子材料发展的一个新领域,其研究与开发已成为功能高分子材料研究的一个重要方面。
按导电机理的不同,导电高分子材料可以分为复合型和结构型两种:复合型导电高分子材料是利用向高分子材料中加入各种导电填料来实现其导电能力;结构型导电高分子材料是改变高分子结构使高分子自身具有导电性来实现其导电能力[6]。
本文主要介绍以石墨烯为填料的复合型导电高分子材料。
复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是指将各种导电填料和高分子材料通过不同的复合方法制备的具有导电功能的多相复合材料。
这类材料既具有导电功能,同时又保持高分子材料的特点,并且成本较低,因而得到了广泛的应用。
根据导电填料的不同它又可分为碳基材料填充型及金属材料填充型。
1、碳基材料填充型碳基材料主要包括石墨烯、足球烯、碳纳米管、石墨。
碳基材料填填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种,应用最多的碳基材料是石墨烯、碳纳米管和石墨,它的优点有以下几个方面:一、碳基材料填价格低廉,实用性强;二、碳基材料填能根据不同的导电要求有较大的选择余地;三是导电持久稳定[7]。
2、金属材料填充型金属材料填充型复合导电材料的导电性能优良,比传统金属材料轻且易成型加工,是具有潜在优势的新型导电材料和屏蔽材料。
近年来,金属纤维填充材料发展迅速。
复合型导电高分子材料的导电机理复合型导电高分子材料导电性主要取决于填料的分散状态[8]。
根据逾渗理论,原来孤立分散的填料微粒在体积分散达到某一临界含量以后就会形成连续的导电通路,这时粒子处于两种状态:一是粒子间发生物理接触,电荷载流子可在连续的导体内流动;二是粒子间有粘结剂薄层存在,载流子本身被激活后可以通过粘接剂而运动。
填料成分、填料粒子的分散状态及其与高聚物基体的相互作用决定复合材料的导电性。
只有填料粒子能较好地分散形成相互连接的三维网状结构,复合材料才能具有良好的导电性[9]。
石墨烯的制备方法1、微机械分离法微机械分离法是采用机械分离的手段获得石墨烯的方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。
2004年,曼彻斯特大学Geim等[1],采用机械法从高定向热解石墨(HOPG)上剥离出单层石墨烯,他们在HOPG表面用氧等离子刻蚀微槽,并用光刻胶将其转移到玻璃衬底上,用透镜胶带反复撕揭,尔后将玻璃衬底放入丙酮溶液中超声清洗,并在溶液中放入单晶硅片,单层石墨烯会在范德华力作用下吸附到硅片表面。
后来机械法简化为直接用胶带从上揭下一层石墨,然后在胶带之间反复粘贴,石墨片层会越来越薄,再将胶带贴在衬底上,单层石墨烯就转移到衬底上了。
同时还有许多其他机械方法出现,如机械压力法、滚动摩擦法等,机械法制备单层石墨烯的最大优点在于工艺简单、制作成本低,而且样品的质量高,但是产量低,不可控,且从大片的厚层中寻找单层石墨烯比较困难,同时样品所在区域会存在少许胶渍,表面清洁度不高。
2、化学气相沉积法[12]化学气相沉积法首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破,为可控制备石墨烯提供了一种的有效方法,用该法制备石墨烯不需要颗粒状催化剂,它是将平面金属薄膜、金属单晶等基底置于高温可分解的甲烷乙烯等前驱体气氛中,通过高温退火,使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯,再用化学腐蚀法去除金属基底后得到石墨烯片。
通过选择基底的类型,生长的温度,前驱体的流量等参数可调控石墨烯的生长速率、厚度和面积[10]。
此方法已能成功制备出面积达平方厘米级的单层或多层石墨烯,其最大的优点在于可制备出面积较大的石墨烯。
3、SiC外延生长法[13][14]SiC外延生长法主要通过加热单晶6H-SiC脱除Si,在单晶面上分解出石墨烯,其主要过程是将氧离子刻蚀的6H-Si在高真空下用电子轰击加热去除氧化物,再将样品加热至1300℃左右形成极薄的石墨层。
石墨烯的层厚主要由加热温度决定[11]。
4、氧化石墨烯还原法[15][16][17]氧化石墨烯还原法是将石墨转变为氧化石墨烯,再将氧化石墨烯还原制备石墨烯,该方法所需原料石墨价廉易得且制备过程简单,是目前最有可能实现大规模制备石墨烯的方法。
虽然采用氧化石墨烯还原法使石墨烯的电子结构及晶体的完整性受到强氧化剂作用产生严重的破坏,使其电子性质受到影响,一定程度上限制了其在精密微电子领域的应用,但是氧化石墨烯还原法简便且成本较低,可以制备出大量石墨烯,且有利于制备石墨烯衍生物,可有效拓宽石墨烯的应用领域。
石墨烯复合导电材料的研究进展石墨烯复合导电材料的制备根据加入石墨烯方式目前主要有直接还原法、溶液共混法、熔融共混法和原位插层法[18][19]。
直接还原法:这种方法主要是纯石墨烯凝胶,利用不同的方法还原分散的氧化石墨烯,还原的过程中石墨烯片层由于片层之间的相互作用力进行自组装,得到有序的结构。
Shi Gaoquan等[20]将分散好的GO溶液在180℃下进行水热还原12小时得到自组装的纯石墨烯水凝胶,冷冻干燥后得到相应的气凝胶,当初始GO含量为2mg/mL时该气凝胶就具有很好的的力学强度,贮存模量G’可以达到470 kPa,凝胶的同时具有非常好的导电性,其电导率可以达到5×10-3S/cm。
Gao Chao等[21],将已经具有一定有序结构的氧化石墨烯液晶利用类似纺丝的方法,纺成纤维,图 2: (a)淬火后的纤维在不同温度下(5-300K)的I-V曲线,插图是该纤维可以作为LED灯的导线;(b)凝胶在低温时电导率随温度上升而上升放进液氮中猝冷固定结构,然后再利用溴化氢在80℃下还原8小,最后将还原后的纤维在1100℃下淬火处理2小时得到具有很好导电性能的石墨烯纤维,纤维具有很好的有序结构,出色的力学性能,断裂强度约220KPa,导电性能如图2(a),该凝胶在极低温度下仍然具有非常好的导电性,可以作为LED灯的导线,而且在低温范围内,电导率是随着温度上升而上升的,如图2(b),具有明显的半导体的性质,而且最大电导率可以达到近5000S/m。
溶液共混法:利用溶剂的作用将聚合物分子插入具有片层结构的石墨烯中,形成纳米复合材料。
聚合物以及石墨烯可以溶解或分散在溶剂中,石墨烯或改性的石墨烯需要在合适的溶剂中分散,例如水、丙酮、氯仿、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)或甲苯,然后聚合物会吸附在剥离的石墨烯片层上,当溶剂挥发掉时,片层会重新堆叠并将聚合物夹在层间形成纳米复合材料。
Stankovich[22]等在DMF中将聚苯乙烯与异氰酸苯酯改性氧化石墨烯混合,随后加入水合肼对氧化石墨烯行化学还原,除去溶剂干燥后进行注模热压,制得了纳米石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料。
石墨烯含量为0.1%时,复合材料达到导电逾渗值,其用量是同类二维纳米填料的三分之一,这是由于石墨烯具有非常大的长径比,而且在基体中分散非常均匀;石墨烯含量约为0.15%时,复合材料的电导率达到了抗静电标准(106S/m),在0.4 % ~1 %之间电导率增长迅速;当含量为2.5%时,电导率高达约1 S/m。
Fu Qiang[23]等利用溶液浇膜法制备了GO/PVA复合材料薄膜如图3,再将其在过硫酸钠和氢氧化钠的混合溶液中还原,得到石墨烯/PVA复合材料。
这种方法抑制了还原过程中石墨烯在高分子基体中的聚集,采用简单的还原方法实现了大量制备石墨烯复合材料。
当GO含量仅为0.7 %时,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了40%和70%。
同时,复合材料的导电性能也得到显著提高。
石墨烯含量从0.3%增加到0.7%时,材料的电导率从1.3×10-8S/m 增加到2.5×10-5S/m,石墨烯含量为3%时,材料具有的最大电导率为8.9×10-3 S/m。
熔融共混法:在熔融共混法中,不需要加入溶剂,墨烯或者改性石墨烯直接与聚合物熔体相混合,通常是采用传统的挤出或者注塑的方法,在高温下将聚合物与石墨烯机械混合,聚合物链插层到石墨烯片层间从而形成复合材料。
这是制备热塑性高分子复合材料的常用方法,一些不含活性官能团或者不适合原位聚合的高分子体系也可采用这种方法。
Yu[24]等采用熔融共混法制备了纳米石墨烯/聚苯图3 氧化石墨烯/PVA复合薄膜和石墨烯/PVA复合薄膜图片二甲酸乙二醇酯(PET)复合材料。
石墨烯以单片层或少片层的形式在PET基体中均匀分散,石墨烯片层的卷曲和褶皱可以在PET基体中形成网络,从而有效提高了复合材料的导电性能。
从图4可以看出,石墨烯含量从0.47 %增加到1.2 %(体积分数)时,石墨烯/PE复合材料的电导率从2.0×10-13 S/m迅速增加到7.4×10-2 S/m,比相同含量的石墨增强的复合材料高约9个数量级。
石墨烯含图4 石墨烯/PET及石墨/PET复合材料的电导率随填料体积含量的变化量达到3.0 %时,PET复合材料的电导率最大可达到2.11 S/m。
原位插层:原位插层是将单体溶液或者聚合物分子与GO胶状分散液进行预先混合,使单体分子或聚合物分子插入GO层间,然后投入引发剂引发聚合,或者引入交联剂交联,使得聚合反应或交联反应在石墨烯片层间进行,得到的反应液经过后处理即可得到复合材料。