四川石墨烯复合材料研发

当前，石墨烯材料研究领域真正的挑战是如何低成本、大批量地生产高质量的石墨烯薄层,从而进行大规模应用.石墨烯材料的制备思路可分为自上而下从石墨或碳纳米管剥离得到石墨烯与自下而上地用分子合成石墨稀两种（图1）[23].前者以石墨稀和碳纳米管为原料通过机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等方法将石墨片层从石墨中剥离出来，后者通过含碳化合物以化学气相沉积和有机合成等途径来合成石墨烯。机械剥离法直接从石墨出发，通过一定的机械力将石墨片层剥离，可以制备得到缺陷较少的石墨烯材料.Geim小组就是通过“撕胶带”的机械剥离法***制备出了单层石墨烯.石墨烯防腐浆料可与基体材料进行复合，从而赋予该材料导电、导热、机械增强的性能。四川石墨烯复合材料研发

氧化石墨烯与聚合物复合材料的制备可以追溯到上个世纪。在这些复合材料中，氧化石墨通常是在水溶液中超声剥离，尽管在当时单层的氧化石墨烯并没有被明确的指出，但是科学家发现这种超声剥离后的片层非常薄，厚度在1.8~2.8nm之间，说明得到的氧化石墨烯不超过3层[59,60]。直到2006年，Rouff等人证明了单层氧化石墨烯并制备了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯复合材料之后[61]，利用氧化石墨烯制备复合材料的研究才真正开始受到***的重视。。上海附近石墨烯复合材料类型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。

在碳纳米管上负载纳米粒子得到了广泛的关注和研究，这种新型的纳米结构也已经在生物医药、催化、传感器的领域取得了一定的进展。相对于碳纳米管，石墨烯具有相似的稳定的物理性质，但是具有更高的比表面积，因此，在石墨烯上负载纳米粒子同样有希望得到新的纳米结构，并改变其物理特性而产生更为丰富的功能与应用。除与纳米粒子复合外，石墨烯与其他碳基纳米材料也可复合组装形成复合材料。Liu等人通过共价连接的方法制备了石墨烯/富勒烯复合材料，发现富勒烯修饰后的石墨烯非线性光学性能得到了显著提高。Yang等人将碳纳米管与石墨烯混合制备了一种新型的超级电容器，发现当石墨烯含量为90%时比电容高达326.5F/g。同时，许多课题组也证明石墨烯/碳纳米管复合材料在制备透明导电薄膜方面的优势，他们发现石墨烯与碳纳米管混合后制备的导电薄膜在性能上要优于单一组分的导电薄膜。

太阳能电池或光伏电池可以将太阳能直接转化为电能。光伏装置通常由阳极、阴极和之间的活性材料层组成，其中阴极是透明的，以便阳光能够通过。目前，其商业应用的关键在于提高功率转换效率(PCE)，同时通过开发高性能的活性层和电极材料来降低成本。石墨烯是碳原子以sp2杂化形成的独特蜂窝巢状的二维晶体，单层石墨烯的厚度只有0.334nm，其比表面积高达2600m2/g[92]，室温下电子迁移率约为20000cm2·V·s-1[93]，力学强度高达1060GPa，单层吸光率只有2.3％[94]。石墨烯独特的光电性质，使其及衍生材料被广泛应用于透明电极[95]、对电极[96]、和电荷传输层[92]等结构。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。

对氧化石墨烯的化学还原早在1962年就有过文献报道，Boehm等人发现片层氧化石墨能在碱性，水合肼，硫化氢或二价铁离子的条件下还原成只含少量H和O的碳纳米片层[49]。2007年，Ruoff等人系统的研究了水合肼对氧化石墨烯的还原，他们先将氧化石墨在水中进行超声剥离得到稳定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，发现随着反应的进行，许多黑色固体颗粒从溶液体系中沉淀下来。说明随着含氧基团的离去，石墨烯片层间的π-π共轭作用增强致使石墨烯在水中发生了不可逆的团聚[89]。这种团聚现象可以通过对氧化石墨烯的表面修饰得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）后再进行还原，由于PSS与石墨烯的非共价作用，抑制了石墨烯的团聚，得到了稳定的单层石墨烯溶液[90]。随后，各种表面活性剂[91]，共轭聚合物[92,93]，共轭小分子[94,95]等也被用来非共价修饰还原石墨烯。还原氧化石墨烯之前对之进行共价改性也能抑制石墨烯的团聚，如Ruoff等人先用异氰酸苯酯对氧化石墨烯改性，再用二甲肼还原，同样得到稳定的石墨烯溶液[96]。用聚合物对氧化石墨烯进行共价改性后再还原也是目前常用的制备可溶性石墨烯的方法。石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。全国制备石墨烯复合材料使用方法

由于石墨烯独特的电子结构及良好的导电性，因此石墨烯很有可能成为组成纳米电子器件的比较好材料。四川石墨烯复合材料研发

许多对聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究目的在于开发和利用碳纳米管出色的力学性能，同时对聚合物基体引入一些新的性能，比如导电性、导热性等。但是，尽管许多工作集中在聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究上，许多问题仍然存在。相比于碳纳米管，制备基于石墨烯的结构和功能体系更加可行，这是因为石墨烯具有更大的比表面积，更强的界面结合力，以及同样出色的物理性能。完美石墨烯的杨氏模量和断裂强度高达1TPa和130GPa[41]，而制备复合材料**常用的改性及还原石墨烯的杨氏模量也可达到250GPa[57,58]，高出一般的聚合物2~3个数量级，因此，在聚合物中加入改性或还原石墨烯同样能有效地增强聚合物的力学性能。四川石墨烯复合材料研发