石墨烯复合材料

石墨烯复合材料1姓名：潘南燕专业：化学工程学号：G201486472•1.1结构和性质•1.2制备石墨烯•2.1复合材料分类•2.2复合材料制备石墨烯复合材料•应用•发展前景应用与发展前景2004年，英国曼彻斯特大学物理学家(A.K.Geim)安德烈•海姆和(K.S.Novoselove)康斯坦丁•诺沃肖洛夫，成功地在实验中采用胶带剥离法从石墨中分离出石墨烯，2010年诺贝尔物理学奖。3参考文献1一、石墨烯（Graphene）SiO2SiHOPG透明胶带高定向裂解石墨1.1石墨烯结构和性质石墨稀(GE)，sp2杂化碳原子排列为蜂窝状的六角平面晶体，厚度只有一个碳原子。刚性结构，高电子迁移率4参考文献2、3大面积的π-π共轭，热学性能，力学性能，电化学性能。比表面积理论值高达2630m2/g，较低的生产成本(相对于碳纳米管)，非常适合于高性能复合材料的开发。5参考文献31.1石墨烯结构和性质6参考文献3、4石墨烯的性质电阻率小导热性好:金刚石材料热导率的2倍电子传导速率快：高达光速的1/300结构稳定高机械强度和弹性:硬度130GPa透明度高：(约97.7％)1.1石墨烯结构和性质微机械剥离法碳纳米管横向切割法微波法电弧放电法光照还原法石墨氧化还原法化学还原法溶剂热法液相剥离石墨法碳化硅裂解法外延生长法化学气相沉积法石墨烯的制备方法1.2石墨烯的制备7参考文献8、911微机械剥离8化学还原法9石墨氧化氧化石墨超声分散氧化石墨烯还原石墨烯二、石墨烯复合材料复合材料：金属、无机非金属、有机高分子，一种多相材料，具有复合材料效应，产生原始组分不具有的性能。应用：能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域。参考文献62.1GE复合材料分类A-1石墨烯填充聚合物A.石墨烯/聚合物A-2层状石墨烯聚合物（作用方式）A-3功能化石墨烯聚合物B-1石墨烯/金属B.石墨烯/无机材料B-2石墨烯/金属氧化物B-3石墨烯/其它无机材料C.石墨烯/无机材料/聚合物参考文献11A.石墨烯/聚合物复合材料环氧树脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、依据：以共价形式，打破GE间的范德华力方法：溶液混合法、熔融共混、原位合成法A-1石墨烯填充聚合物—石墨烯随机分散在聚合物基体(2009)Liang等，溶液复合法，聚乙烯醇/GE中，拉伸强度提高约76％；(氢键作用)(2011)Vadukumpully等，溶液混合法，聚氯乙烯/GE复合材料，石墨烯质量分数2％时，拉伸强度提高了130％；参考文献6、7(2009)Zhang等，熔融共混，GE/聚对苯二甲酸，体积分数3.0%石墨烯，2.11S/m提高电导率；(2011)Patole等，原位合成法，GE/聚苯乙烯，提高聚苯乙烯的热性能；(π-π相互作用)A.石墨烯/聚合物复合材料13参考文献6、7A-2层状石墨烯聚合物—衍生物与聚合物复合形成层状结构14参考文献3、5A.石墨烯/聚合物复合材料(2010)Li等，GO薄膜、聚(3-乙基噻吩)(P3HT)/苯基丁酸甲基脂(PCBM)混合物逐层沉积在铟锡氧化物(ITO)上，其中GO层负责空穴的传输，提高光伏设备效率；15A.石墨烯/聚合物复合材料A-3功能化石墨烯聚合物—共价或非共价功能化形成GO表面的含氧官能团，提高材料力学和热学性能；范德华力、静电相互作用、π-π堆积对石墨烯表面修饰，不改变其化学结构，提高材料电学、光学、可溶性；(2012)谢卫刚等，GE/环氧树脂，拉伸性能随石墨烯含量的增加先增后减，当石墨烯的质量分数为0.01％，约为60MPa；(2010)ZhangHaobin等，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)/GE，实现了电绝缘体到半导体的很好转变；依据：纳米无机材料分散到石墨烯片层上，通过静电吸引作用与GE或GO烯相结合方法：氧化石墨与其他材料复合，再将氧化石墨还原得到石墨烯复合材料；改性过的石墨烯与其他材料复合；16参考文献8、9B.石墨烯/无机材料B-1石墨烯/金属—金、银、铂依据：进入石墨烯片层间，褶皱位置聚集也较为集中，同时提高金属纳米粒子和石墨烯的表面积。(2011)Spreeprasad等，rGO/Ag复合材料，所得材料对Hg很好的吸附性，应用在水净化;(2012)张文贝，GE/Pt，(Pt粒径10nm)，该复合物在玻璃上制成薄膜，可使其太阳光转化效率提高4.36％;应用：传感器、催化剂等领域B.石墨烯/无机材料17参考文献8、918B.石墨烯/无机材料B-2石墨烯/金属氧化物依据：GE范德华力强，疏水，易团聚，不易相容；GO大量的含氧活性官能团，理想的支撑材料。(2009)徐超等，制备了Cu2O/石墨烯，良好电化学特性；(2012)李冬梅等，ZnO/GE，制成纳米薄膜，提高了薄膜的敏感度；(2012)Marlinda等，水热法处理含有GO，Zn(CHCOO)2•2H2O，NaOH和氨水的混合液，ZnO/GO，预计应用在气体探测器领域；18参考文献8、9B.石墨烯/无机材料B-3石墨烯/其他无机材料(2007)Watcharomne等，GE/SiO2，石墨烯的质量分数为影响其导电率，经过400℃热处理后样品的导电率增大。(2012)姚淑艳，石墨烯/碳纳米管，促进电子有效传递，增加电极电化学信号，应用在芦丁(药物)的检测；19参考文献8、9依据：三种基体的相互协同作用，以及材料层状结构和较大的比表面积；(2012)张海英等，二氧化锡/石墨烯/聚吡咯，比电容随着聚吡咯含量的增加而增加。(2012)靳瑜，碳纳米管/聚苯胺/石墨烯，聚苯胺包裹的碳纳米管形成骨架网络支撑，具有较好电容性质；20C.石墨烯/无机材料/聚合物20参考文献8、911其制备方法主要有溶液混合法、熔融共混法、原位合成法微波法、超声法、热处理、一锅法还原、溶胶-凝胶法、插层法、丝网印刷法212.2复合材料制备方法优点缺点溶液混合法分散性好昂贵的分散液熔融共混简单经济工业级聚合物高粘度应用：电子材料、薄膜材料、储能材料、液晶材料超级电容：绿色环保，循环寿命都比电池大，储能过程是可逆的，可以反复充放电数十万次。石墨烯负载电荷形成双电层，褶皱和叠加效果，可以形成纳米孔道和纳米空穴，有利于电解液的扩散。22三、应用与发展前景复合材料•高力学性能•高电学性能电子器件•高透光率•高电子迁移储能材料•高表面积•高导电率23三、应用与发展前景石墨烯(或氧化石墨烯)的边缘及表面含有大量官能团，对复合材料性能的影响；石墨烯复合材料的结构可控制备；大规模合成和产业化应用仍面临大量的问题和挑战：石墨烯生产、混合问题；毕将会改变人类的日常生活!谢谢批评指导24