石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展
TiO2石墨烯复合材料光催化降解O3研究
TiO2石墨烯复合材料光催化降解O3研究一、本文概述随着环境污染问题日益严重，寻求高效、环保的污染物降解技术已成为科研领域的重要课题。
其中，光催化技术以其独特的优势，如反应条件温和、能源消耗低、二次污染小等，受到了广泛关注。
在众多光催化剂中，二氧化钛（TiO2）因其无毒、稳定性好、光催化活性高等特点，被广泛应用于光催化降解有机污染物的研究中。
然而，传统的TiO2光催化剂存在光生电子-空穴复合率高、对可见光利用率低等问题，限制了其在实际应用中的性能。
近年来，石墨烯作为一种新兴的二维纳米材料，因其优异的导电性、高比表面积和良好的化学稳定性，在光催化领域展现出巨大的应用潜力。
通过将石墨烯与TiO2复合，可以有效提高光生电子-空穴的分离效率，增强可见光吸收，从而提升光催化性能。
因此，TiO2石墨烯复合材料在光催化降解有机污染物领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究TiO2石墨烯复合材料在光催化降解臭氧（O3）方面的性能。
通过文献综述，梳理了TiO2和石墨烯的基本性质、光催化原理及在光催化降解有机污染物方面的研究进展。
详细介绍了TiO2石墨烯复合材料的制备方法、表征手段以及光催化降解O3的实验过程。
对实验结果进行了深入分析，探讨了TiO2石墨烯复合材料在光催化降解O3过程中的反应机理和影响因素，为进一步提高TiO2石墨烯复合材料的光催化性能提供了理论依据和实践指导。
二、文献综述自二十一世纪以来，随着工业化的快速发展，环境污染问题日益严重，尤其是大气中的臭氧（O₃）污染已成为全球关注的热点问题。
O₃作为一种强氧化剂，虽然在地面上浓度较低，但其对生态环境和人体健康的影响不容忽视。
因此，寻找高效、环保的O₃去除方法成为了研究焦点。
在众多技术中，光催化降解因其操作简便、条件温和且能利用太阳能等优点而受到广泛关注。
TiO₂作为一种经典的光催化剂，因其稳定性好、无毒无害且光催化活性高而被广泛研究。
然而，纯TiO₂存在光生电子-空穴对复合率高、可见光响应差等问题，限制了其在光催化领域的应用。
二氧化钛_石墨烯复合材料的制备与性能研究
二氧化钛/石墨烯复合材料的制备与性能研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：郭声春指导教师：方亮教授专业：材料物理与化学学科门类：工学重庆大学物理学院二O一五年四月Study on the Preparation and Performance of TiO2 / Graphene CompositesA Thesis Submitted to Chongqing UniversityinPartial Fulfillment of the Requirementfor theMaster’s Degree of EngineeringByGuo ShengchunSupervised by Prof. Fang LiangSpecialty: Material Physical and ChemistryCollege of Physics ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril,2015摘要由于具有超疏水和光催化性能，二氧化钛在自清洁、防污及光催化降解有机染料领域具有广阔的应用前景。
但作为光催化材料，其存在着电子空穴复合率较高，利用太阳光波段短等不足。
石墨烯具有比表面积大、电子传输快、机械强度高等优点，因此，若将二氧化钛和石墨烯进行复合，可望获得更好的光催化性能。
为此，本论文在分别研究TiO2和石墨烯超疏水性能的基础上，开展了二氧化钛/石墨烯纳米复合材料制备与光催化性能的初步探索。
本论文采用水热法，通过改变生长液中氯化钠浓度，制备出不同形貌的TiO2纳米棒阵列，研究了饱和氯化钠溶液的浓度对阵列结构、形貌和超疏水性能的影响；采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，在相同参数不同衬底(石英、硅片、二氧化硅)及相同衬底(硅片)不同压强条件下分别制备了石墨烯纳米墙（GNWs）；研究了制备压强对GNWs结构、形貌和超疏水性能的影响；采用水热法合成了二氧化钛纳米颗粒包裹石墨烯的复合材料，研究了该材料在紫外光下降解甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的催化效率。
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。
石墨烯基复合吸波材料的最新研究进展
通常将石墨烯与不同损耗机制的材料复合制备新型吸波材
石墨烯的损耗机制主要局限于与电导率有关的介电型损
料ꎬ向石墨烯中引入磁性金属成分制备石墨烯 / 磁性金属二元
耗ꎬ单独使用时阻抗匹配性较差ꎬ其微波吸收性能仍需进一步
复合吸波材料ꎬ是提高其吸波性能一种简单有效的解决方案ꎬ
提高
[２０]
５２
ꎮ 为了改善其作为电磁吸收剂存在的不足ꎬ研究人员
ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔꎬ ｔｈｉｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬ ｓｔｒｏｎｇ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｕｒｇｅｎｃｙ. Ｇｒａｐｈｅｎｅ
ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔꎬ ｌａｒｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｎｏｎ￣
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｓｅｖｅｒｅ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｔｈｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
随着电子技术在民用和军事领域的迅速发展ꎬ电磁防护
身等问题的关键因素ꎬ吸波材料的研究对军用领域和民用领
注 [１￣３] ꎮ 电磁屏蔽材料和吸波材料是解决电磁防护问题的关
石墨烯-多金属氧酸盐复合材料的制备及性能研究
石墨烯-多金属氧酸盐复合材料的制备及性能研究摘要：本文以石墨烯为载体，采用水热法制备出一种石墨烯/多金属氧酸盐复合材料。
通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、热重分析等多种手段对其结构和性能进行表征和研究。
结果表明，该复合材料具有优异的催化性能、电催化性能和光催化性能，并且表现出良好的循环稳定性。
研究结果对于复合材料的制备和应用具有一定的指导意义。
关键词：石墨烯；多金属氧酸盐；复合材料；催化性能；电催化性能；光催化性能一、简介石墨烯作为一种极具潜力的材料，其应用领域广泛，例如电化学能源存储、催化剂、电极、生物传感和光电子等方面。
为了提高石墨烯的性能和应用范围，研究者们不断探索其与其他纳米材料复合的方法。
多金属氧酸盐作为一种种蓝色晶体，具有很高的光学透过性和光催化活性，因此与石墨烯的复合有望进一步提高石墨烯的催化性能、电催化性能以及光催化性能。
本文中，我们采用水热法制备出了一种石墨烯/多金属氧酸盐复合材料，并对其结构和性能进行了详细的研究和表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）等多种手段。
此外，我们还评估了该复合材料的催化性能、电催化性能和光催化性能，并研究了其循环稳定性。
二、实验材料：石墨烯、多金属氧酸盐、乙二胺、丙二醇等。
制备：将石墨烯溶于去离子水中，加入适量的多金属氧酸盐，加入乙二胺和丙二醇作为还原剂和表面活性剂，搅拌后加热至100℃反应2小时，离心、洗涤干燥即可。
表征：使用SEM和TEM观察其形貌和结构；使用XRD研究其晶体结构和晶格参数；使用TGA研究其热稳定性。
性能研究：使用循环伏安法、线性扫描伏安法等测试其电催化性能；使用紫外可见光谱、荧光光谱、电化学阻抗谱等测试其光催化性能。
三、结果与讨论SEM和TEM图像显示出制备的复合材料呈现出片状结构，并且石墨烯与多金属氧酸盐表面紧密贴合。
XRD图谱表明，复合材料中多金属氧酸盐的晶格参数与其单质相同，同时石墨烯的存在也对多金属氧酸盐的晶体结构起了一定的修饰作用。
石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究进展
石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究进展摘要随着吉赫兹（GHz）频率范围的电磁波在无线通信领域的广泛应用，诸如电磁干扰、信息泄露等问题亟待解决。
此外，军事领域中的电磁隐身技术与导弹的微波制导需要，使得电磁波吸收材料受到持续而广泛的关注。
因此，迫切需要发展一种厚度薄、频带宽、强吸收的吸波材料。
石墨烯作为世界上最薄硬度最强的纳米材料，优点很多，例如石墨烯制成的片状材料中，厚度最薄，比表面积较大，具有超过金刚石的强度等，这些优点满足吸波材料的需求。
石墨烯基复合材料在满足吸波材料基本要求的基础上又提升了材料吸收波的能力。
本文简单地介绍了吸波材料及石墨烯，综述概况了石墨烯基复合材料的研究现状，包括石墨烯复合材料制备方法、微观形貌以及复合材料的吸波性能，提出了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。
关键词石墨烯基；吸波材料；纳米材料Progress in Preparation and absorbing properties ofgraphene-based compositesAbstract With the gigahertz (GHz) freque ncy range of the electromag netic waves are widely used in wireless com muni cati ons, such as electromag netic in terfere nee, in formati on leaks and other problems to be solved. In additi on, military stealth tech no logy in the field of electromag netic and microwave guided missiles require such electromagnetic wave absorbing material is subjected to a sustained and widespread concern. Therefore, an urge nt n eed to develop a thin, wide freque ncy band, a strong absorpti on of absorb ing materials.Graphe ne as the stron gest of the world's thinn est hard ness nano materials, has many adva ntages, such as a sheet material made of graphe ne, the thinnest, large specific surface area, with more than a diamond of stre ngth, these ben efits meet absorbers It n eeds. Graphe ne-based composites on the basis of absorbing materials to meet the basic requireme nts but also enhance the ability of the material to absorb waves.This article briefly describes the absorb ing material and graphe ne, graphene reviewed before the status quo based composite materials research, including graphene composite material preparation, morphology and absorbing properties of composites madeof graphene-based compositesuck the future directi on of wave material.Keywords graphe ne groups; absorb ing materials; Nano materials目次1绪论 (1)1.1吸波材料的简介 (1)1.1.1吸波材料的发展前景 (1)1.1.2吸波材料的分类 (1)1.1.3吸波材料的吸波机理 (1)1.2石墨烯的简介 (2)1.2.1石墨烯的研究现状 (2)1.2.2石墨烯的制备方法 (2)1.3国内石墨烯工业的发展 (3)1.4本文研究的简介 (4)2. 石墨烯复合材料的制备及吸波性能 (5)2.1石墨烯/金属氧化物复合材料 (5)2.1.1石墨烯/四氧化三铁 (5)2.1.2石墨烯基/氧化钐 (10)2.2石墨烯/金属复合材料 (12)2.2.1石墨烯/Ni复合材料 (12)2.2.2化学镀钴石墨烯复合吸波材料 (18)2.3石墨烯/导电聚合物吸波材料 (19)2.3.1石墨烯/聚苯胺 (19)2.3.2石墨烯/聚吡咯 (20)3. 石墨烯基复合材料吸波性能对比 (21)4. 石墨烯基复合材料的发展方向 (23)5. 结论 (24)参考文献 (25)致谢 ................................. 错误！未定义书签。
ZnO-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解性能研究
05140功滋讨科2021年第5期(52)卷文章编号：1001-9731(2021)05-05140-05ZnO-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解性能研究李林枝（吕梁学院化学化工系，山西吕梁033000）摘要：采用溶剂热法，制备了一系列不同还原氧化石墨烯（RGO）含量（0,2%,4%,6%和8%（质量分数））的ZnO-石墨烯复合材料。
通过XRD.SEM.PL等方法对复合材料样品进行了表征。
结果表明，所有掺杂RGO的复合材料样品均没有改变ZnO的结构；纯ZnO样品为圆球状颗粒，晶粒尺寸约为40nm,掺入RGO后，样品的晶粒尺寸出现了不均匀现象，并且随着RGO含量的增加,复合材料样品的团聚逐渐加大；所有复合材料的发射峰都在373nm附近，随着RGO掺量的增加，复合材料的本征发射峰的强度呈现先降低后升高的趋势；RGO的引入可以提高复合材料在可见光区域的吸收，并且吸收峰有轻微红移的趋势；随着RGO掺量的增加，复合材料的光催化性能呈现出先升高后降低的趋势，当RGO含量为6%（质量分数）时，复合材料的光催化性能最佳，降解率和反应速率常数分别达到71.97%,0.017mirT1。
关键词：ZnO；石墨烯；复合材料；光催化；吸收光谱中图分类号：））613.71；TQ426.6文献标识码:A DOI：10.3969/.issn.100-9731.2021.05.0210引言随着工业社会的进步，环境污染已经成为了制约我国发展的主要问题,目前废水处理是影响最为广泛的问题，对于废水处理，常用的手段就是光催化［4］。
光催化是指半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解。
金属氧化物常常被作为光催化剂，在众多光催化剂中，ZnO 凭借其宽禁带（3.3〜3.4eV）、较高的激子结合能和优异的常温发光性能等成为了光催化降解水污染的核心研究方向［-10］。
但同时ZnO在催化中也存在一些缺点，例如:ZnO仅对紫外光（＜400mm）有较强吸收,对可见光区域的吸收利用率较低、Zn（）的电子-空穴复合概率较高，复合速率较快：1115］,这些问题都严重制约了ZnO在光催化中的应用。
低温等离子体辅助制备石墨烯基复合材料及其电化学性能研究开题报告
低温等离子体辅助制备石墨烯基复合材料及其电化
学性能研究开题报告
一、研究背景
石墨烯是一种新型的二维纳米材料，在材料科学、化学、电子学等领域都具有广泛的应用前景。
石墨烯的独特结构和性质使得它具有高导电性、高表面积、高载流子迁移率等优良性质，因此在电子、电池、传感器等领域有很多应用。
但是石墨烯的特殊结构和制备方法限制了其大规模生产和应用。
随着研究的不断深入，石墨烯基复合材料成为研究的热点之一，因为复合材料可以克服石墨烯本身的一些缺点，同时还能够发挥石墨烯的优良性质。
因此，如何制备高性能石墨烯基复合材料成为当前研究的重点之一。
二、研究内容
本研究将采用低温等离子体辅助制备石墨烯基复合材料，主要研究以下几个方面：
1. 石墨烯基复合材料的制备方法：通过控制低温等离子体辅助还原氧化石墨烯的条件，制备出石墨烯基复合材料。
2. 结构与形貌表征：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等技术对样品进行表征，了解其结构和形貌特征。
3. 电化学性能研究：利用电化学工作站对样品进行循环伏安和电化学阻抗谱测试，研究石墨烯基复合材料的电化学性能。
4. 应用研究：进一步研究石墨烯基复合材料在电池、传感器等领域的应用性能，探讨其应用前景。
三、研究意义
本研究旨在通过石墨烯基复合材料的制备和性能研究，探索一种低成本、高效率的制备方法，并寻找一种新型的可控性能复合材料。
这将不仅有助于加深我们对于石墨烯的理解，也为工业应用提供了新思路，并且有望促进石墨烯在能源、环保、电子等领域的应用。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究进展本文将就石墨烯在铝基复合材料中的应用、石墨烯增强铝基复合材料的制备方法、石墨烯增强铝基复合材料的性能研究、石墨烯增强铝基复合材料在航空航天领域的应用以及石墨烯增强铝基复合材料的未来发展方向进行探讨。
通过对这些方面的研究和分析，可以更全面地了解石墨烯增强铝基复合材料的研究进展，为未来该领域的研究提供重要参考。
2. 正文2.1 石墨烯在铝基复合材料中的应用石墨烯在铝基复合材料中的应用可以增强材料的力学性能。
石墨烯具有极高的强度和刚度，能够显著提高铝基复合材料的抗拉强度和硬度，使其在高强度要求的领域有更广泛的应用。
石墨烯还能有效提高铝基复合材料的耐磨性和耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
石墨烯在铝基复合材料中的应用还可以提高材料的热导率。
石墨烯具有极好的热导性，能够有效提高铝基复合材料的导热性能，使其在高温应用环境中表现更优异。
石墨烯在铝基复合材料中的应用对材料的力学性能和热导率都有显著的提升作用，为铝基复合材料的性能优化和应用拓展提供了新的思路和方法。
2.2 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法是研究该材料的关键步骤之一。
目前常见的制备方法包括机械合金化、化学气相沉积、热压和挤压等技术。
机械合金化是较为简单的一种方法，通过球磨或搅拌等机械方法将石墨烯加入到铝粉中，并随后进行热压或挤压，使其形成均匀的复合材料。
化学气相沉积是将石墨烯在气相中沉积到铝基物质表面，通过化学反应形成复合结构。
这种方法可以控制石墨烯的厚度和分布，从而调控复合材料的性能。
热压和挤压技术是将经过预处理的石墨烯和铝粉放入模具中，经过高温高压条件下进行压制，使其形成致密均匀的复合材料。
这种方法可大规模生产高质量的复合材料。
不同的制备方法对于石墨烯增强铝基复合材料的性能会产生不同的影响，因此在选择制备方法时需要根据具体要求和应用场景进行合理选择，并不断优化和改进制备工艺，以提高复合材料的性能和应用性。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、电化学沉积、热压、喷涂等多种技术。
机械合金化是将经过预处理的石墨烯与铝粉进行球磨混合，然后经过热压、热处理等工艺制备而成。
电化学沉积是将石墨烯通过电解液在铝基材料表面沉积而成。
热压是将石墨烯与铝粉混合后进行热压成型。
喷涂则是将石墨烯分散在液态载体中，通过喷涂技术在铝基材料表面喷涂而成。
这些方法各有优劣，可以根据具体需求选择合适的制备工艺。
二、石墨烯增强铝基复合材料的性能石墨烯增强铝基复合材料具有优异的性能，主要体现在以下几个方面：1. 机械性能：石墨烯增强铝基复合材料具有极高的强度和硬度，具有优异的抗拉伸、抗弯曲和抗压性能。
2. 导热性能：石墨烯具有出色的导热性能，能够有效提高铝基材料的导热性能，有助于提高复合材料的散热性能。
3. 耐腐蚀性能：石墨烯具有优异的化学稳定性，能够提高铝基材料的耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
4. 密封性能：石墨烯增强铝基复合材料的表面平整度高、无毛刺，密封性好，可广泛应用于需要高密封要求的场合。
5. 其他性能：石墨烯增强铝基复合材料还具有较好的耐磨性、耐疲劳性和减震性能，可满足不同领域对材料性能的要求。
近年来，石墨烯增强铝基复合材料的研究进展迅速，不断涌现出新的制备工艺和性能优化方法。
从制备工艺上来看，热压技术制备的石墨烯增强铝基复合材料具有高密度、界面结合强度高的特点，能够有效提高材料的力学性能；而喷涂技术制备的复合材料则具有成本低、生产效率高的优势，能够满足大规模生产的需求。
在性能研究中，研究者们通过调控石墨烯的分散度、改善石墨烯与铝基材料的界面结合强度等途径，不断提高石墨烯增强铝基复合材料的综合性能。
还有研究表明，在石墨烯增强铝基复合材料中引入纳米碳管、氧化铝等纳米颗粒能够显著提高材料的力学性能和耐磨性能，为复合材料的性能优化提供了新的思路。
石墨烯增强铝基复合材料具有广泛的应用前景。
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石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展 论文 题 目: 石墨烯复合材料的制备 及其性能研究进展 学生姓名: 学 号： 院（系）： 化工与制药工程系 专业班级： 指导教师： 职 称：
201 年 月 I
石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展 摘要: 石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用，以及石墨烯复合材料的展望。 关键词:石墨烯;制备;性能;复合材料 II
Research Progress on Preparation and properties of graphene composite materials
Abstract: Graphene has become a hot research field of material for its excellent performance and unique two-dimensional structure. This paper summarizes the method for preparing graphene and compared the advantages and disadvantages of various methods,introduces the mechanics,graphene optical,electrical and thermal properties. Composite materials based on graphene is an important research direction in the field of application of graphene,this paper introduces the preparation and application of graphene polymer composites and graphene based inorganic nano composite material,and the prospect of graphene composite materials. Key words:graphene;preparation;properties;composite materials III
目 录 前 言 ....................................................................................................................... 1 1石墨烯简介 ............................................................................................................ 2 1.1石墨烯的发展 .................................................................................................... 2 1.2石墨烯的基本性质 ............................................................................................ 2 2石墨烯复合材料制备 ............................................................................................ 4 2.1石墨烯/无机纳米复合材料 .............................................................................. 4 2.1.1石墨烯与金属化合物复合 ............................................................................ 4 2.1.2 石墨烯-其他金属化合物复合 .................................................................... 6 2.1.3 石墨烯-非金属材料复合 ............................................................................. 7 2.2.1 石墨烯/聚苯胺(PANI)复合材料 ................................................................ 8 2.2.2 石墨烯/聚乙烯复合材料 ............................................................................. 8 2.2.3 石墨烯/聚苯乙烯复合材料......................................................................... 8 3石墨烯复合材料的应用 ........................................................................................ 9 3.1.石墨烯在聚合物复合材料中的应用 .............................................................. 9 3.1.1 对聚合物力学性能的改善 ........................................................................... 9 参考文献 ................................................................................................................. 12 1
前 言 石墨烯自2004年被发现以来,就引起了材料科学家的广泛关注,在世界范围内掀起了石墨烯材料的制备和应用研究的热潮。石墨烯是sp2杂化的碳原子形成的单原子层厚度，排列成二维蜂窝状的晶体。其优异的物理和化学性质、较大的表面积和较低的制备成本，比较适宜应用于功能性复合材料的开发。复合材料是以一种材料为基体，添加一种或一种以上其它材料组合而成的材料。各种组成材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，从而满足不同的应用需求。石墨烯复合材料是以石墨烯为基体，在其中添加聚合物或其它无机材料而形成的复合材料。在制备以及应用研究中，石墨烯复合材料可以分为：石墨烯/聚合物、石墨烯/无机材料等二元复合材料以及石墨烯/无机材料/聚合物三元复合材料等。石墨烯复合材料的应用前景比较广泛，比如应用于传感器、储能、催化和电极材料等领域。 2
1石墨烯简介 1.1石墨烯的发展 石墨烯的理论研究已有60多年的历史。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫采用简单的“微机械剥离法”首先在实验中成功地从石墨中分离出二维结构的石墨烯[1-3]，从而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料中的开创性实验”而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 1.2石墨烯的基本性质 石墨烯作为单原子层的二维石墨晶体模型，基础结构都是sp2碳材料，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。石墨烯作为一种新型的纳米材料，它具有一些特殊优异的性质，如大的比表面积、高机械强度以及超强的电子传导能力。石墨烯由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.335 nm。结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，表面呈惰性状态，与其它介质如溶剂等的相互作用较弱，并且由于石墨烯片与片之间有较强的范德华力的作用，使其容易产生聚集难溶于水及常化用的有机溶剂，对于进一步研究和应用有一定的限制。因此对石墨烯进行一定程度的功能并将其溶解于特定的溶液中，可以实现石墨烯的功能化利用和性质的发挥。在0.1 mol/L 的pH=7的PBS缓冲液中测试石墨烯修饰电极的电化学性质，发现它有比单纯的石墨电极、玻璃碳电极以及金刚石电极都要优异的电化学性质，主要表现在通过交流阻抗谱测得的电阻明显低于其它碳材料；通过循环伏安法测得的曲线出现了明显的氧化还原峰，并且氧化还原峰电流与扫描频率的平方根有明显的线性关系，这表明通过石墨烯修饰电极上的氧化还原过程可以实现特定物质的检测。 1.3石墨烯的结构 石墨烯(Graphene)是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335 nm，只有头发的20万分之一，是形成其他维数碳材料（如零维的富勒烯、一维的纳米碳管和三维的石墨等）的基本单元具有极好的结晶性及电学性。完美的石墨烯是二维的，只包括六角元胞（等角六边形），但在实际情况下不免有缺陷的存在，这些缺陷的地方就会不再是碳六元环而是五元环或七元环等。这些少