山东制造石墨烯复合材料图片

石墨烯表面呈惰性，不含任何活性基团，所以与聚合物基体之间的作用力非常小，同时对加工处理也造成了一定的困难。而氧化石墨烯表面由于大量的亲水基团，因此与大多数非水溶性的聚合物也会发生不相容的情况。因此，对石墨烯以及氧化石墨烯进行表面改性是制备聚合物/石墨烯复合材料过程中经常会采用的一个步骤。由于氧化石墨烯表面含有丰富的羧基、羟基以及环氧等基团，可以通过多种化学反应以这些活性基团为反应点对石墨烯进行改性，因此利用氧化石墨烯为前驱体制备共价改性石墨烯是目前**常用的一种方法。石墨烯抗静电阻燃复合材料高氧指数，以及良好的流动性与力学性能。山东制造石墨烯复合材料图片

还原石墨烯以及改性的石墨烯已经被用在药物载体、活细胞成像、生物分子检测等生物领域[50]。相比于碳纳米管，石墨烯基材料在生物领域的应用有着明显的优势。首先，它不含金属催化剂等杂质，因此不会对细胞产生生物应激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性剂而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯极高的比表面积能使载药量**提高。改性石墨烯同样也被用在一些生物器件上，检测生物细胞以及生物分子。它能作为界面对单个细菌进行识别，也能作为无标记，可逆DNA检测器，或是作为一种极性特定的分子晶体吸附蛋白质/DNA[123]。福建新型石墨烯复合材料研发氧化石墨还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。

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。

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分散液含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团。

使用高阻隔性能高分子薄膜，可防止由于氧气等气体的渗透而引起的微生物繁殖和封装内容的氧化；防止香味、溶剂等的流出，提高内容物的储存性。所以提高薄膜阻隔性能十分有必要，市场需求量巨大。高阻隔性包装材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等与氧化石墨烯复合，可使复合材料的阻隔性能得到进一步提升。Wu等45人报道了表面活性官能化的氧化石墨烯（SGO）与双（三乙氧基硅丙基）四硫化物（BTESPT）作为天然橡胶（NR）的多功能纳米填料的研究结果。作者通过简单的方法成功地将BtTPT分子接枝到氧化石墨烯的表面上，得到的SGO可以通过溶液混合在NR中实现精细分散。研究发现，在低填充量下，SGO***的改善了NR的气体阻隔性能。图5.5显示了在25°C处测量的SGO/NR纳米复合材料（P）的透气性。将其与未填充NR（P0）进行比较，P/P0的值作为SGO加载量的函数进行了表示。很明显，当SGO含量为0.3wt.%时，P/P0急剧下降至52%，此后缓慢下降。因此，0.3wt.%的SGO可与16.7%的粘土添加效果相媲美，大幅度改善NR的气体阻隔性能。氧化石墨烯还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。山东制造石墨烯复合材料图片

石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。山东制造石墨烯复合材料图片

石墨烯先和聚合物单体或者预聚物混合均匀，有时候也可以在合适的溶剂中混合，然后进行聚合反应。化学改性或者还原的氧化石墨烯表面含有或残留一些官能团，这些官能团能直接与聚合物共价连接，也能作为反应点对石墨烯进行进一步的改性，比如利用ATRP共价接枝上聚合物链[138,159]。目前报道的利用原位聚合法制备的复合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、环氧树脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的优点在于它能使聚合物和填料之间形成很强的界面作用，有利于应力传递，同时也能使纳米填料均匀的分散在基体中。但是，体系的粘度通常会随着聚合反应的进行而增加，这会给后续处理以及材料成型上带来一定的麻烦。山东制造石墨烯复合材料图片