制备石墨烯复合材料常见问题

    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。 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。制备石墨烯复合材料常见问题

 石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。山东导热石墨烯复合材料类型氧化石墨烯分散液（SE3122、SE3522）。

氧化石墨烯与聚合物复合材料的制备可以追溯到上个世纪。在这些复合材料中，氧化石墨通常是在水溶液中超声剥离，尽管在当时单层的氧化石墨烯并没有被明确的指出，但是科学家发现这种超声剥离后的片层非常薄，厚度在1.8~2.8nm之间，说明得到的氧化石墨烯不超过3层[59,60]。直到2006年，Rouff等人证明了单层氧化石墨烯并制备了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯复合材料之后[61]，利用氧化石墨烯制备复合材料的研究才真正开始受到***的重视。。

在非导电聚合物基体中加入导电填料通常能使聚合物表现出一定的导电性，而且聚合物导电性随着填料含量的增加呈现出一种非线性的提高。当在填料添加量达到某一个数值，即逾渗阈值时，这些填料能在基体中形成导电网络，使复合材料的导电性能大幅度增强。因此，石墨烯本身良好的导电性以及宽高比决定了它可以作为一种理想的无机相来制备导电复合材料。相比于对石墨烯基复合材料导电性能的研究，对聚合物/石墨烯复合材料导热性能的研究要少很多，这可能是由于在碳纳米管增加聚合物导热性能的研究中效果不甚理想的缘故。不同于导电性的增强，好的导热性需要很强聚合物与填料之间的结合力。因此，原位聚合法在制备导热性能良好的复合材料时具有一定的优势。利用氧化石墨烯制备的石墨烯导热膜，导热系数高。

使用高阻隔性能高分子薄膜，可防止由于氧气等气体的渗透而引起的微生物繁殖和封装内容的氧化；防止香味、溶剂等的流出，提高内容物的储存性。所以提高薄膜阻隔性能十分有必要，市场需求量巨大。高阻隔性包装材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等与氧化石墨烯复合，可使复合材料的阻隔性能得到进一步提升。Wu等45人报道了表面活性官能化的氧化石墨烯（SGO）与双（三乙氧基硅丙基）四硫化物（BTESPT）作为天然橡胶（NR）的多功能纳米填料的研究结果。作者通过简单的方法成功地将BtTPT分子接枝到氧化石墨烯的表面上，得到的SGO可以通过溶液混合在NR中实现精细分散。研究发现，在低填充量下，SGO***的改善了NR的气体阻隔性能。图5.5显示了在25°C处测量的SGO/NR纳米复合材料（P）的透气性。将其与未填充NR（P0）进行比较，P/P0的值作为SGO加载量的函数进行了表示。很明显，当SGO含量为0.3wt.%时，P/P0急剧下降至52%，此后缓慢下降。因此，0.3wt.%的SGO可与16.7%的粘土添加效果相媲美，大幅度改善NR的气体阻隔性能。氧化石墨还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。东北合成石墨烯复合材料厂家报价

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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200 mA g-1 的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502 mAh g-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制备石墨烯复合材料常见问题