浅谈石墨烯/高分子复合材料

来源：材料前沿科技

石墨烯

       石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料。具有优异的电学、光学、力学和热学性能，有比其他碳基材料更大的比表面积，是制备各种高强度结构材料、催化剂、传感器和能源器件的理想材料。

石墨烯/高分子复合材料的制备方法

       石墨烯是最近几年才发现的炭材料的新成员, 其完美的二维结构和许多奇特的性质, 引起了科学家的极大兴趣。石墨烯和氧化石墨烯的改性以及各种石墨烯/聚合物复合材料的制备成为当前研究的热点之一。与纯的聚合物相比, 石墨烯的加入可赋予复合材料不同的功能性, 不但表现出优异的力学和电学性能, 且具有优良的加工性能, 为复合材料提供了更广阔的应用空间。01熔融共混法

      通常是将GO经过剥离及还原制成Gr, 然后将Gr加入到粘流状态的聚合物基体中，通过 密炼、挤出、注塑和吹塑成型制得复合材料。特点：混合温度、挤压受力等对复合材料的导电性能都会有影响，故使用熔融共混法时选择合适的混炼工艺是十分重要的。

02溶液共混法

       溶液共混法通常是将Gr稳定的分散在有机溶剂中，然后将聚合物基体加入到Gr分散液中；有将聚合物基体分散于有机溶剂中，再向分散液中加入Gr。再通过机械搅拌、超声分散以及冷冻干燥等技术制得Gr/聚合物导电复合材料。 对比：一般来说，采用溶液共混法制得的导电复合材料的导电性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比较熔融共混法， 溶液共混法通过机械搅拌或超声分散等一些物理手段能将石墨烯更均匀地分散于聚合物基体中。

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原位聚合法

        将Gr与聚合物单体混合，然 后通过加入引发剂等方法使单体聚合，最后制得Gr/聚合物复合材料。特点：这种方法可以较为显著地增强Gr与基体之间的相互作用，对电导率的提高有一定的作用。原位聚合法可一定程度上在Gr和聚合物基体间引入化学键，这些化学键的引入对导电复合材料的导电、导热及机械性能都是有帮助的。

04原位还原法

       原位还原法实际上是利用GO易分散于溶剂中的性能， 先将分散于溶剂中的GO加到聚合物基体分散液中，通过充分的搅拌、超声振荡等手段将GO与聚合物基体充分混合均匀，然后加入还原剂(如水合肼)对GO进行充分还原，将反应产物进行干燥即得到Gr/聚合物复合材料。对比：这与前三种方法相比，此法能将Gr均匀地分散于基体中，因此研究较为广泛。

05聚合物插层法

通过机械剪切力或溶剂作用将聚合物分子插入到Gr片层中去，从而得到Gr/聚合物复合材料。 特点：通过这种方法制得的复合材料中聚合物分子 与Gr之间的相互作用更加显著，因次通过此法能更大程度提升材料的各方面性能。

石墨烯/高分子复合材料的应用

     石墨烯/聚合物复合材料的电导率与其使用环境(如温度、湿度、气体浓度等)、填料浓度等相关，因此可将导电复合材料用作温度或浓度的敏感传感器。改变复合材料中石墨烯填料的浓度可以制备适用于任何条件下的高电流或温度传感器。

     利用石墨烯/聚合物导电复合材料的相对密度小、电导率较大以及比表面积大等特点可用作电池的电极材料。石墨烯/聚合物导电复合材料作为优良导体有许多出众的特点,例如电导率可调及电导性好、耐腐蚀、加工性强、柔韧性好等