江苏合成石墨烯复合材料使用方法

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。常州第六元素拥有氧化石墨的高效纯化技术。江苏合成石墨烯复合材料使用方法

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。江苏新型石墨烯复合材料利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。

单纯的导电聚合物在充放电循环的过程中通常稳定性较差，使得其在电容器电极等方面的应用受到了限制，开发具有优异导电性能的复合材料势在必行。石墨烯和导电聚合物共轭结构的相互作用可以增强基体导电性，同时又可以实现结构的增强。因此，导电聚合物与氧化石墨烯的复合成为一个研究热点49。虽然GO本身并不导电，但是在高分子加工过程中GO可以部分还原，而导电填料与基体间的强界面作用以及导电填料在基体中良好的分散性能更有利于聚合物基体导电性能的提高53。表2列出了一些GO在一些类型的高分子基体中电学性能提升效果。

目前的负极材料中，硅被认为是相当有有潜力的负极材料之一，因为它在自然界中含量多，还具有低的嵌锂电位和很高的理论比容量。存在的问题是在锂离子脱嵌过程中，硅的体积变化比较明显，使得材料与负极集流体之间粘结性变差，造成电池循环性能的大幅度下降。同时硅还会在电池循环过程中出现团聚现象，引起电池容量的迅速下降。将硅材料和石墨烯进行复合，石墨烯可以抑制硅材料在充放电过程中的团聚，减缓硅材料的体积变化，从而提高电池的容量和循环性能。此外，石墨烯有助于电解液的浸润，从而提高电池的性能。He等通过喷雾干燥法制备了一种高性能的石墨烯/硅复合材料（图6.1），将氧化石墨烯与纳米硅超声混合，通过喷雾干燥后在700℃下进行煅烧得到复合材料，在200mAg-1的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502mAhg-1，其容量保持率为98%，说明该石墨烯/硅复合材料具有良好的循环性能氧化石墨烯应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。

制备聚合物/石墨烯纳米复合材料**关键的一步是将石墨烯分散到聚合物基体之中。好的分散状态能保证石墨烯与聚合物基体的接触界面比较大化，从而影响到整个复合材料的性能。因此，科学家们付出了大量的努力，以求将改性或者未改性的石墨烯均匀分散到聚合物基体之中，并且取得了一定的成果。到目前为止，大多数复合材料主要采用了以下三种方法来制备：一、溶液共混法；二、原位聚合法；三、熔融共混法[148]。值得一提的是，由于氧化石墨烯还原法是目前***能大规模制备石墨烯的方法，而制备复合材料通常需要大量的石墨烯原料，所以制备复合材料使用的基本上为改性或还原的氧化石墨烯。常州第六元素建有自动控制规模化生产线，市场占有率居国内外前列。江苏合成石墨烯复合材料使用方法

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聚合物太阳能电池常采用氧化铟锡（ITO）作为透明导电电极。其中ITO成本较高，机械稳定性较差，即使在很小的外界机械应力作用下ITO膜也易产生微裂纹导致膜电阻增加，从而使光电器件的性能下降。石墨烯优异的光学性能和机械强度及韧性，使其在柔性光伏器件的透明电极中具有更好应用潜力[97]。Xu等[98]将氧化石墨烯溶液旋涂成膜，然后在700℃下用肼蒸汽还原，所得石墨烯薄膜的薄层电阻为1.79×104Ω／sq，电导率为22.3S／cm，将其在有机光伏电池中（OPVs）作为透明电极，所得器件的功率转换效率为0.13%。这种方法制备得到的石墨烯薄膜不仅可以用于有机光伏电池，还可以用于其他光学器件，例如平板显示器等。Zhang等[99]对氧化石墨烯进行950℃热还原，再使用标准工业光刻以及O2等离子体蚀刻工艺对还原的石墨烯薄膜进行精确可控地刻蚀，制备了石墨烯网状透明电极（GME），提高了电极的透光率。江苏合成石墨烯复合材料使用方法