福建导热石墨烯复合材料研发

    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。 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。福建导热石墨烯复合材料研发

用油胺与十八胺对GO进行改性，然后将其与丁苯橡胶（SBR）溶液混合均匀，然后共凝聚制得改性GO-SBR复合材料。无论在玻璃态和橡胶态，改性的GO-SBR与纯GO-SBR相比储能模量均大幅提高；25°C时，7 wt.%油胺改性GO和7 wt.%十八胺改性GO分别使橡胶储能模量提高了67%和39%。这其中主要的原因是胺基改性的GO相比于纯GO在SBR中分散性更好，且与橡胶界面作用更强。两种胺之间的性能区别主要是油胺含有双键，在硫化过程中可以与橡胶交联，从而进一步提高橡胶性能43。同样的现象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡胶（VPR）中也被观察到。在VPR中添加3.6 vol.%的胺基改性GO，可以使复合材料的玻璃态模量提高21倍，橡胶态模量提高7.5倍，拉伸强度提高3.5倍全国制备石墨烯复合材料生产企业氧化石墨易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。

材料的结晶无疑与材料的性能和应用息息相关65。将氧化石墨烯与结晶材料复合，进而进行材料结晶过程的定向调整，可以实现材料性能的有效提升66。例如通过差热法研究发现，氧化石墨烯的负载量在不断的提升的同时，聚合物类氧化石墨烯的结晶现象也得到了有效的缓解。随着温度的不断降低，与原材料相比，氧化石墨烯聚合物复合材料的结晶速度变得缓慢。与此同时，材料的基本结构并没有随着温度的降低而发生明显的改变。由此可见，一些氧化石墨烯聚合物复合材料可以被应用于各种低温环境当中，实现耐低温材料的更加广泛的应用。

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]。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。

氧化石墨烯在聚合物基体中可以限制聚合物链的流动性，在燃烧过程中，各向异性氧化石墨烯形成碳层网络，阻碍降解产物的逸出。还原后石墨烯还具有较高热导率，有助于燃烧区域狙击的热量扩散，因此氧化石墨烯/聚合物复合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯还可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐热性60,61。这是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键配位后，使复合材料的自由离子量缩减，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员通过共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂用作原材料，进行氧化石墨烯聚合物复合材料的制备。实验结果发现所制备的复合树脂材料与单纯的树脂相比，耐热性能有了***的提升，这无疑为耐热材料的良好应用打下了坚实稳定的基础，也推动了耐热材料的发展62。常州第六元素拥有氧化石墨的高效纯化技术。内蒙古石墨烯复合材料销售

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。福建导热石墨烯复合材料研发

    化学氧化还原法制备石墨烯是**有希望实现工业化宏量生产的方法之一，与其它方法相比，化学氧化还原法具有成本低廉、工艺简单、生产设备简易、单次产量比较大、产品层数集中（1~3层）等诸多优点，但其石墨烯的sp2杂化完美结构很难通过还原的方式完全恢复，难以得到电、热等方面的优异性能[28-29].氧化石墨还原法是先用强氧化剂将石墨氧化，通过氧化反应在石墨边缘接上一些羧基，并在石墨层间插入一些环氧基团、羟基和酮基，使石墨层间距增大，范德华力变小，环氧基团、羟基和酮基等基团的引入有利于石墨片层的剥离.氧化石墨经适当的超声波剥离处理，得到氧化石墨烯纳米片.然后再还原剥离的氧化石墨烯片，常用的还原剂有水合肼、硼氢化钠、抗坏血酸、对苯二酚等，然而这些还原剂的毒性大，对人体和环境均易造成伤害，因此寻找无毒、无害的绿色还原剂或还原方式显得尤为迫切.还原可以去除氧化石墨烯的大部分环氧基团、羟基、酮基，制备出还原氧化石墨烯纳米片，但氧化石墨烯边缘的羧基很难被还原.由于强氧化剂的氧化作用，氧化石墨烯虽然经过一定的还原剂还原，其晶格结构得到一定的修复，但很难完全还原到石墨六角蜂巢状结构。 福建导热石墨烯复合材料研发