江苏新型石墨烯复合材料研发

随着工业生产和科学技术的发展,人们对导电材料提出了更新、更高的要求。目前,导电高分子材料的研究主要集中在碳系导电填料填充热塑性基体类上,而石墨烯[1](GNS)作为一种新型的单原子层碳材料,因其独特的结构对改善聚合物的力学性能、电性能和热性能等具有很大的潜力。GNS的制备方法主要有:化学气相沉积法[2,3]、外延生长法[4]和氧化还原法[5]等。相比而言,氧化还原法具有成本低、产率高等特点,有望成为规模化制备GNS的有效途径之一。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性和自润滑性。本文采用溶液混合、超声分散的方法制备了GNS/UHMWPE复合材料,发现GNS能均匀地分散到UHMWPE基体中;同时研究了GNS/UHMWPE复合材料的室温导电行为和阻-温特性。常州第六元素是专业从事石墨烯研发、生产及销售的专精特新小巨人企业。江苏新型石墨烯复合材料研发

石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。江苏导热石墨烯复合材料价格氧化石墨易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。

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。

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]。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。

在工业上目前使用的导热高分子材料有导热复合塑料、导热胶黏剂、导热涂层、导热覆铜板及各类导热橡胶及弹性体，如热界面弹性体等。目前复合型绝缘导热高分子主要是采用绝缘导热无机粒子如氮化硼、氮化硅和氧化铝等和聚合物基体复合而成；此外，采用导体粒子和聚合物复合制备的导热聚合物，如碳材料、金属填充的导热高分子材料，适用于低绝缘或非绝缘导热场合，其中氧化石墨烯同聚合物复合，其复合材料的导热性能大幅提升引起社会关注。导热高分子主要应用于功率电子元器件、电机等设备的封装和电气绝缘及散热，和普通聚合物相比，具有4-10倍的热导率。石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。江苏导热石墨烯复合材料价格

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利用原位聚合法制备了氧化石墨烯/聚乙烯导电复合材料，结果发现当石墨烯含量为2wt.%时，复合材料的导电率达到比较高2.9x10-2s/cm，作者认为氧化石墨烯在基体中分散性较好且形成了有效的导电网络。用格氏试剂将GO表面的羟基、环氧基和羧基格氏化，然后与TiCl4反应可制备Ziegler-Natta催化剂。利用改性过的催化剂，原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO（PP-g-GO）复合材料11。该复合材料在PP树脂中可均匀分散，减少了GO在PP中的团聚。PP-g-GO在高温（190°C）加工过程中，GO被初步还原，从而提高了复合材料的导电性。通过这种原位聚合的方式，1.52wt.%的GO添加量即可使复合材料达到导静电的水平（10-6S/m）。江苏新型石墨烯复合材料研发