石墨烯导电高分子复合材料

目录•一、摘要•二、石墨烯简介•三、石墨烯/聚合物导电复合材料的制备方法•四、石墨烯的功能化改性处理•五、石墨烯/聚合物导电复合材料的应用•六、结语综述了有关填充型导电高分子复合材料的研究进展及其应用，重点介绍并比较了石墨烯（Gr）/聚合物导电高分子复合材料的制备方法，讨论了石墨烯的功能化改性处理。一、摘要自2004年石墨烯（Graphene，Gr）被英国曼彻斯特大学两位科学家AndrewGeim和KonstantinNovoselov用一种简单的胶带剥离方法首次制得后，石墨烯便成为科学家研究的新宠。密堆积排列具有二维蜂窝状结构的新材料碳原子以共价键结合，每个碳原子发生sp2杂化，这使得每个碳原子剩余的p轨道上都有一个电子，这些电子之间相互作用，在石墨烯垂直平面上形成一个无穷大的离域大π键，在这个大π键中电子可自由移动，这就使得石墨烯的电导率高达106s/m。石墨烯的独特结构，使其在能源电池，电容导体，传感器件，吸波材料等领域有十分广泛的应用前景。以石墨烯为填料可大大改善聚合物的导电、导热及力学性能。二、石墨烯简介石墨烯的制备方法物理剥离法主要是通过超声波剥离等机械手段对石墨进行剥以得到片层石墨烯化学还原法先将石墨氧化成氧化石墨（GO），然后将GO通过还原剂（如水合肼、硼氢化钠等）还原成Gr。碳管转换法电泳沉淀法三、石墨烯/聚合物复合材料的制备制备方法2.溶液共混法4.原位还原法3.原位聚合法5.聚合物插层法1.熔熔共混法1、熔融共混法熔融共混法通常是将GO经过剥离及还原制成Gr，然后将Gr加入到粘流状态的聚合物基体中，通过密炼、挤出、注塑和吹塑成型制得复合材料。特点：混合温度、挤压受力等对复合材料的导电性能都会有影响，故使用熔融共混法时选择合适的混炼工艺是十分重要的。2、溶液共混法溶液共混法通常是将Gr稳定的分散在有机溶剂中，然后将聚合物基体加入到Gr分散液中；有将聚合物基体分散于有机溶剂中，再向分散液中加入Gr。再通过机械搅拌、超声分散以及冷冻干燥等技术制得Gr/聚合物导电复合材料。对比：一般来说，采用溶液共混法制得的导电复合材料的导电性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比较熔融共混法，溶液共混法通过机械搅拌或超声分散等一些物理手段能将石墨烯更均匀地分散于聚合物基体中。3、原位聚合法所谓原位聚合法就是将Gr与聚合物单体混合，然后通过加入引发剂等方法使单体聚合，最后制得Gr/聚合物复合材料。特点：这种方法可以较为显著地增强Gr与基体之间的相互作用，对电导率的提高有一定的作用。原位聚合法可一定程度上在Gr和聚合物基体间引入化学键，这些化学键的引入对导电复合材料的导电、导热及机械性能都是有帮助的。原位还原法实际上是利用GO易分散于溶剂中的性能，先将分散于溶剂中的GO加到聚合物基体分散液中，通过充分的搅拌、超声振荡等手段将GO与聚合物基体充分混合均匀，然后加入还原剂（如水合肼）对GO进行充分还原，将反应产物进行干燥即得到Gr/聚合物复合材料。对比：这与前三种方法相比，此法能将Gr均匀地分散于基体中，因此研究较为广泛。4、原位还原法聚合物插层法是指通过机械剪切力或溶剂作用将聚合物分子插入到Gr片层中去，从而得到Gr/聚合物复合材料。特点：通过这种方法制得的复合材料中聚合物分子与Gr之间的相互作用更加显著，因次通过此法能更大程度提升材料的各方面性能。5、聚合物插层法四、石墨烯的功能化改性处理改性处理的分类共价键改性石墨烯非共价键改性石墨烯氧化石墨烯的共价修饰非氧化石墨烯的共价修饰石墨烯的共价键功能化改性主要是通过石墨烯或石墨烯衍生物（如GO）进行多种化学反应，将有机高分子或小分子基团通过共价键与石墨烯片层相连接共价键改性石墨烯非共价键改性石墨烯非共价键功能化改性是指利用π-π相互作用、物理共混、氢键及离子键等非共价键相互作用，促使修饰分子对石墨烯表面进行功能化改性，形成稳定的分散体系的改性方法五、石墨烯/聚合物复合材料应用应用太阳能电池传感器（温度或浓度）超级电容器吸波材料及防腐涂料1、石墨烯/聚合物导电复合材料的电导率与其使用环境（如温度、湿度、气体浓度等）、填料浓度等相关，因此可将导电复合材料用作温度或浓度的敏感传感器。改变复合材料中石墨烯填料的浓度可以制备适用于任何条件下的高电流或温度传感器。2、利用石墨烯/聚合物导电复合材料的相对密度小、电导率较大以及比表面积大等特点可用作电池的电极材料。3、石墨烯/聚合物导电复合材料作为优良导体有许多出众的特点,例如电导率可调及电导性好、耐腐蚀、加工性强、柔韧性好等。石墨烯/聚合物导电复合材料在实际应用及理论研究中都有重大的意义，在某些领域石墨烯/聚合物导电复合材料扮演着更加重要的角色。但真正实现石墨烯/聚合物导电复合材料的工业化生产还需要解决一些问题。首先是改进复合材料的制备方法，改善石墨烯在聚合物基体中的分散状态；其次，石墨烯填料在导电高分子材料具体的导电机理如何，石墨烯与聚合物基体之间的相互作用机理等尚未有十分明确的解释，仍需进行大量的研究。六、结语