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石墨烯复合材料基本参数
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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。超级铜具有优异的高频性能,强磁场下交流(频率约1MHz)等效电阻,相比纯铜低20%以上。上海导热石墨烯复合材料价格

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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。上海导热石墨烯复合材料价格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。

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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。。

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。氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。

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 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。利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜,导热系数高。天津石墨烯复合材料售价

氧化石墨含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团,更高的氧化程度,更好的剥离度。上海导热石墨烯复合材料价格

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。上海导热石墨烯复合材料价格

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