氧化石墨烯(GO)納米片表面存在親水官能團(tuán),可以在水中形成穩(wěn)定的懸浮液,對(duì)水泥基材料具有很高的親和力,易于摻入水泥基材料中。目前,關(guān)于GO改性水泥復(fù)合材料的研究已經(jīng)很多,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明,GO對(duì)水泥基材料各項(xiàng)性能的影響非常***,GO的添加可以影響水泥基材料的水化過(guò)程,提升水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性,GO還可以用于水泥基復(fù)合材料的功能相,提高水泥基材料的吸附性能、電磁屏蔽性能、導(dǎo)電性能等91-93,因此在水泥復(fù)合材料中具有很好的應(yīng)用前景。石墨烯導(dǎo)熱性能優(yōu)異,可制備導(dǎo)熱復(fù)合材料、散熱涂料等。東北導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)
用油胺與十八胺對(duì)GO進(jìn)行改性,然后將其與丁苯橡膠(SBR)溶液混合均勻,然后共凝聚制得改性GO-SBR復(fù)合材料。無(wú)論在玻璃態(tài)和橡膠態(tài),改性的GO-SBR與純GO-SBR相比儲(chǔ)能模量均大幅提高;25°C時(shí),7wt.%油胺改性GO和7wt.%十八胺改性GO分別使橡膠儲(chǔ)能模量提高了67%和39%。這其中主要的原因是胺基改性的GO相比于純GO在SBR中分散性更好,且與橡膠界面作用更強(qiáng)。兩種胺之間的性能區(qū)別主要是油胺含有雙鍵,在硫化過(guò)程中可以與橡膠交聯(lián),從而進(jìn)一步提高橡膠性能43。同樣的現(xiàn)象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡膠(VPR)中也被觀察到。在VPR中添加3.6vol.%的胺基改性GO,可以使復(fù)合材料的玻璃態(tài)模量提高21倍,橡膠態(tài)模量提高7.5倍,拉伸強(qiáng)度提高3.5倍山西石墨烯復(fù)合材料有哪些可用于注射和擠出成型制件,尤其適用于煤炭、礦井以及石油天然氣運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的管材制件。
在工業(yè)上目前使用的導(dǎo)熱高分子材料有導(dǎo)熱復(fù)合塑料、導(dǎo)熱膠黏劑、導(dǎo)熱涂層、導(dǎo)熱覆銅板及各類導(dǎo)熱橡膠及彈性體,如熱界面彈性體等。目前復(fù)合型絕緣導(dǎo)熱高分子主要是采用絕緣導(dǎo)熱無(wú)機(jī)粒子如氮化硼、氮化硅和氧化鋁等和聚合物基體復(fù)合而成;此外,采用導(dǎo)體粒子和聚合物復(fù)合制備的導(dǎo)熱聚合物,如碳材料、金屬填充的導(dǎo)熱高分子材料,適用于低絕緣或非絕緣導(dǎo)熱場(chǎng)合,其中氧化石墨烯同聚合物復(fù)合,其復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能大幅提升引起社會(huì)關(guān)注。導(dǎo)熱高分子主要應(yīng)用于功率電子元器件、電機(jī)等設(shè)備的封裝和電氣絕緣及散熱,和普通聚合物相比,具有4-10倍的熱導(dǎo)率。
利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為2wt.%時(shí),復(fù)合材料的導(dǎo)電率達(dá)到比較高2.9x10-2s/cm,作者認(rèn)為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。用格氏試劑將GO表面的羥基、環(huán)氧基和羧基格氏化,然后與TiCl4反應(yīng)可制備Ziegler-Natta催化劑。利用改性過(guò)的催化劑,原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO(PP-g-GO)復(fù)合材料11。該復(fù)合材料在PP樹(shù)脂中可均勻分散,減少了GO在PP中的團(tuán)聚。PP-g-GO在高溫(190°C)加工過(guò)程中,GO被初步還原,從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。通過(guò)這種原位聚合的方式,1.52wt.%的GO添加量即可使復(fù)合材料達(dá)到導(dǎo)靜電的水平(10-6S/m)。常州第六元素氧化石墨(烯)產(chǎn)能達(dá)到1400噸/年,石墨烯粉產(chǎn)能達(dá)到100噸/年。
對(duì)氧化石墨烯的化學(xué)還原早在1962年就有過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道,Boehm等人發(fā)現(xiàn)片層氧化石墨能在堿性,水合肼,硫化氫或二價(jià)鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年,Ruoff等人系統(tǒng)的研究了水合肼對(duì)氧化石墨烯的還原,他們先將氧化石墨在水中進(jìn)行超聲剝離得到穩(wěn)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,發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行,許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來(lái)。說(shuō)明隨著含氧基團(tuán)的離去,石墨烯片層間的π-π共軛作用增強(qiáng)致使石墨烯在水中發(fā)生了不可逆的團(tuán)聚[89]。這種團(tuán)聚現(xiàn)象可以通過(guò)對(duì)氧化石墨烯的表面修飾得到控制,比如,Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)后再進(jìn)行還原,由于PSS與石墨烯的非共價(jià)作用,抑制了石墨烯的團(tuán)聚,得到了穩(wěn)定的單層石墨烯溶液[90]。隨后,各種表面活性劑[91],共軛聚合物[92,93],共軛小分子[94,95]等也被用來(lái)非共價(jià)修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對(duì)之進(jìn)行共價(jià)改性也能抑制石墨烯的團(tuán)聚,如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對(duì)氧化石墨烯改性,再用二甲肼還原,同樣得到穩(wěn)定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行共價(jià)改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。玻纖增強(qiáng)復(fù)合料材質(zhì)地輕、流動(dòng)性好,良好的加工性能。北京石墨烯復(fù)合材料改性
氧化石墨還可以應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料的復(fù)合、催化劑負(fù)載等。東北導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)
石墨烯的研究熱潮也吸引了國(guó)內(nèi)外材料制備研究的興趣,石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有:機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年,Geim等***用微機(jī)械剝離法,成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)到其形貌,揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯,但存在產(chǎn)率低和成本高的不足,不滿足工業(yè)化和規(guī)模化生產(chǎn)要求,目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在規(guī)模化制備石墨烯的問(wèn)題方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面,進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐,通入含碳?xì)怏w,如:碳?xì)浠衔铮诟邷叵路纸獬商荚映练e在鎳的表面,形成石墨烯,通過(guò)輕微的化學(xué)刻蝕,使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。東北導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)