东北合成石墨烯复合材料研发

利用GO提升复合材料的力学性能是GO一个主要应用场景，其中的关键是提高GO在复合材料中的分散性和调控GO与高分子基体间的相互作用38。一般而言，加入GO可以***增强复合材料的强度与韧性，且GO与高分子基体相容性越好，增***果越明显；反之则效果降低，甚至会降低材料的韧性。尤其是rGO由于官能团较少，加入复合材料中通常在增强材料强度的同时降低韧性。不同的添加方式会导致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基体中的分散性，又能保证GO与高分子基体之间较好的化学键合；溶液共混法制备的复合材料中，GO分散性较好，但界面较难调控；熔融共混法中GO较难分散并不容易控制界面，得到的复合材料性能不易控制。常州第六元素拥有回收/循环氧化技术等自主知识产权。东北合成石墨烯复合材料研发

由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。山东导热石墨烯复合材料商家氧化石墨烯应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。

目前锂离子电池的负极材料以石墨为主，现阶段几乎达到其理论容量值，因此高容量负极材料引起了当前锂离子电池中的研究热点。负极材料，应该具有良好的锂离子和电子传输能力。石墨烯表面可以存储锂离子，具有高的电子迁移能力。与此同时石墨烯作为负极材料还可以缩短锂离子的传输路径。Bulusheva等将氧化石墨烯置于浓硫酸中加热，之后在惰性气体中进行高温煅烧得到表面有2-5nm孔的石墨烯，该石墨烯材料具有良好的倍率性能[2]。Jiang等将氧化石墨烯水热处理后再通过强碱制备得到多孔石墨烯，在0.05C倍率下首圈放电容量可达到2207mAhg-1；在高倍率5C下容量可达到220mAhg-1[3]。华南理工大学的Lian等[4]将氧化石墨烯置于高温煅烧炉中在惰性气体的保护下还原得到层数少、缺陷少、杂质少的高质量石墨烯，并将其用作锂离子电池负极材料。

石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，自从其发现以来，石墨烯在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。尤其是它极高的机械强度，出色的导电和导热性能，以及丰富的来源（石墨），使其能作为一种理想的无机纳米填料来制备聚合物复合材料。但是目前为止，石墨烯材料的大规模制备，以及如何将石墨烯均匀地分散到聚合物基体中并且优化石墨烯与聚合物基体之间的界面作用力一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了多种新颖的方法实现了对石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制备了多种高性能的石墨烯/聚合物复合材料，这些材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。氧化石墨易于接枝改性，可与复合材料进行原位复合。

目前的负极材料中，硅被认为是相当有有潜力的负极材料之一，因为它在自然界中含量多，还具有低的嵌锂电位和很高的理论比容量。存在的问题是在锂离子脱嵌过程中，硅的体积变化比较明显，使得材料与负极集流体之间粘结性变差，造成电池循环性能的大幅度下降。同时硅还会在电池循环过程中出现团聚现象，引起电池容量的迅速下降。将硅材料和石墨烯进行复合，石墨烯可以抑制硅材料在充放电过程中的团聚，减缓硅材料的体积变化，从而提高电池的容量和循环性能。此外，石墨烯有助于电解液的浸润，从而提高电池的性能。He等通过喷雾干燥法制备了一种高性能的石墨烯/硅复合材料（图6.1），将氧化石墨烯与纳米硅超声混合，通过喷雾干燥后在700℃下进行煅烧得到复合材料，在200mAg-1的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502mAhg-1，其容量保持率为98%，说明该石墨烯/硅复合材料具有良好的循环性能氧化石墨烯滤饼（SE2430W、SE243PW、SE243EW）。制备石墨烯复合材料产品介绍

石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。东北合成石墨烯复合材料研发

聚合物太阳能电池常采用氧化铟锡（ITO）作为透明导电电极。其中ITO成本较高，机械稳定性较差，即使在很小的外界机械应力作用下ITO膜也易产生微裂纹导致膜电阻增加，从而使光电器件的性能下降。石墨烯优异的光学性能和机械强度及韧性，使其在柔性光伏器件的透明电极中具有更好应用潜力[97]。Xu等[98]将氧化石墨烯溶液旋涂成膜，然后在700℃下用肼蒸汽还原，所得石墨烯薄膜的薄层电阻为1.79×104Ω／sq，电导率为22.3S／cm，将其在有机光伏电池中（OPVs）作为透明电极，所得器件的功率转换效率为0.13%。这种方法制备得到的石墨烯薄膜不仅可以用于有机光伏电池，还可以用于其他光学器件，例如平板显示器等。Zhang等[99]对氧化石墨烯进行950℃热还原，再使用标准工业光刻以及O2等离子体蚀刻工艺对还原的石墨烯薄膜进行精确可控地刻蚀，制备了石墨烯网状透明电极（GME），提高了电极的透光率。东北合成石墨烯复合材料研发