山東新型石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

目前，國(guó)內(nèi)很多機(jī)械領(lǐng)域正向智慧化方向發(fā)展，傳感器、數(shù)據(jù)采集、發(fā)送、傳輸、接收設(shè)備成為必然，但很多自動(dòng)化器件在潮濕、雨雪天氣下具有濕滯嚴(yán)重、電阻漂移、數(shù)據(jù)采集傳輸困難等缺陷?？紤]將氧化石墨烯應(yīng)用于機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，可以提高數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。（２）石墨烯的制備方法有多種，其中化學(xué)氣相沉積法和氧化還原法應(yīng)用**為***。（３）石墨烯廣泛應(yīng)用在材料化學(xué)領(lǐng)域中且優(yōu)勢(shì)明顯：如石墨烯及其衍生物是許多合成催化劑的重要組分，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、電化學(xué)或光學(xué)反應(yīng)的催化劑，或者作為用于加載金屬、氧化物、酶或其他碳納米材料的催化劑的碳質(zhì)載體；此外，石墨烯也成為了電池材料、無(wú)機(jī)材料、電容器的新型制備材料。（４）目前，國(guó)內(nèi)很多機(jī)械領(lǐng)域正向智慧化方向發(fā)展，將氧化石墨烯應(yīng)用于機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，可以**提高數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。（５）石墨烯目前在油田化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有了新進(jìn)展，尤其是鉆井液降濾失劑以及納米孔隙頁(yè)巖封堵劑已經(jīng)初見成效。石墨烯產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子器件、儲(chǔ)能材料、傳感器、半導(dǎo)體、航天、復(fù)合材料以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。山東新型石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

氧化石墨烯與聚合物復(fù)合材料的制備可以追溯到上個(gè)世紀(jì)。在這些復(fù)合材料中，氧化石墨通常是在水溶液中超聲剝離，盡管在當(dāng)時(shí)單層的氧化石墨烯并沒有被明確的指出，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種超聲剝離后的片層非常薄，厚度在1.8~2.8nm之間，說(shuō)明得到的氧化石墨烯不超過(guò)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(fù)合材料之后[61]，利用氧化石墨烯制備復(fù)合材料的研究才真正開始受到***的重視。。全國(guó)制造石墨烯復(fù)合材料研發(fā)石墨烯適用于鋰離子電池正負(fù)極材料導(dǎo)電添加劑，可有效提高電池能量，改善循環(huán)壽命和倍率性能。

石墨烯的研究熱潮也吸引了國(guó)內(nèi)外材料制備研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年，Geim等***用微機(jī)械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)模化制備石墨烯的問(wèn)題方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過(guò)輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。

石墨烯先和聚合物單體或者預(yù)聚物混合均勻，有時(shí)候也可以在合適的溶劑中混合，然后進(jìn)行聚合反應(yīng)。化學(xué)改性或者還原的氧化石墨烯表面含有或殘留一些官能團(tuán)，這些官能團(tuán)能直接與聚合物共價(jià)連接，也能作為反應(yīng)點(diǎn)對(duì)石墨烯進(jìn)行進(jìn)一步的改性，比如利用ATRP共價(jià)接枝上聚合物鏈[138,159]。目前報(bào)道的利用原位聚合法制備的復(fù)合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、環(huán)氧樹脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的優(yōu)點(diǎn)在于它能使聚合物和填料之間形成很強(qiáng)的界面作用，有利于應(yīng)力傳遞，同時(shí)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(huì)隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行而增加，這會(huì)給后續(xù)處理以及材料成型上帶來(lái)一定的麻煩。利用氧化石墨制備的石墨烯導(dǎo)熱膜，導(dǎo)熱系數(shù)高。

由于表面富含活性含氧基團(tuán)，能與一些含極性基團(tuán)的聚合物產(chǎn)生較強(qiáng)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(dāng)中以增強(qiáng)聚合物的物理性能。Liang等人報(bào)道了用氧化石墨烯增強(qiáng)聚乙烯醇的研究，他們發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯添加量*為0.7wt%時(shí)，聚合物的力學(xué)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(qiáng)度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增強(qiáng)聚氨酯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化石墨烯添加量為4.4wt%時(shí)，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(fù)合材料，不過(guò)他們用了一種新穎的抽濾成膜的方式，在得到的復(fù)合材料薄膜中，由于真空抽濾產(chǎn)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(tài)排列于聚合物基體之中，得到―磚墻式‖結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料薄膜[64]。這種復(fù)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(guān)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(fù)合材料，這種材料的楊氏模量更是可高達(dá)接近40GPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一般聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料所能達(dá)到的力學(xué)性能范圍[65]。石墨烯抗靜電阻燃復(fù)合材料高氧指數(shù)，以及良好的流動(dòng)性與力學(xué)性能。福建合成石墨烯復(fù)合材料使用方法

氧化石墨烯分散液（SE3122、SE3522）。山東新型石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

還原石墨烯以及改性的石墨烯已經(jīng)被用在藥物載體、活細(xì)胞成像、生物分子檢測(cè)等生物領(lǐng)域[50]。相比于碳納米管，石墨烯基材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，它不含金屬催化劑等雜質(zhì)，因此不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生生物應(yīng)激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性劑而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯極高的比表面積能使載藥量**提高。改性石墨烯同樣也被用在一些生物器件上，檢測(cè)生物細(xì)胞以及生物分子。它能作為界面對(duì)單個(gè)細(xì)菌進(jìn)行識(shí)別，也能作為無(wú)標(biāo)記，可逆DNA檢測(cè)器，或是作為一種極性特定的分子晶體吸附蛋白質(zhì)/DNA[123]。山東新型石墨烯復(fù)合材料研發(fā)