石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展

石墨烯聚合物复合材料的制备与性能研究石墨烯作为一种二维的碳纳米材料，拥有独特的物理和化学性质，引起了广泛的研究兴趣。

而将石墨烯与聚合物复合制备成新型材料，也成为了当前前沿的研究方向之一。

本文将探讨石墨烯聚合物复合材料的制备方法以及相关性能研究进展。

一、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，其中最常用的方法是机械剥离法。

该方法通过在石墨表面使用粘性剂剥离石墨烯，并通过溶剂处理使其分散为独立的石墨烯片。

此外，还有化学气相沉积法、化学还原法等制备方法。

这些方法中，机械剥离法制备的石墨烯具有高质量和大尺寸等优势。

二、石墨烯聚合物复合材料的制备方法将石墨烯与聚合物复合制备成新材料的方法主要有两种：一种是物理混合法，将石墨烯与聚合物经过机械混合、溶剂混合等方式混合制备成复合材料；另一种是化学合成法，通过聚合物的化学反应合成石墨烯聚合物复合材料。

其中，物理混合法简单易行，成本低，但界面结合力较差；而化学合成法能够在石墨烯和聚合物之间形成更加稳定的化学键，增强界面结合力。

三、石墨烯聚合物复合材料的性能研究石墨烯聚合物复合材料的性能研究主要体现在力学性能、热性能、电学性能和光学性能等方面。

力学性能方面，石墨烯的加入可以显著提高聚合物复合材料的强度和刚度。

石墨烯具有极高的抗拉强度和模量，且其二维结构还能减轻材料的密实度，使复合材料更加轻盈。

同时，石墨烯的高柔韧性也能提高聚合物的韧性，增加材料的断裂韧性。

热性能方面，石墨烯的导热性能突出，可以将热量迅速传导到复合材料的整个体积中，提高材料的导热性能。

石墨烯的加入还能提高材料的热稳定性和阻燃性能，减少火灾事故的发生。

电学性能方面，石墨烯是一种优秀的导电材料，可以显著提高聚合物复合材料的导电性能。

这使得复合材料在柔性电子器件、电磁屏蔽等领域具有广泛的应用前景。

光学性能方面，石墨烯具有宽波长吸收和优异的非线性光学性质。

复合材料中的石墨烯可以调控光的传输和吸收特性，使其在光学器件、光电子学等领域有着重要的应用价值。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶格结构，具有独特的电子、热学和力学性质，因此在材料科学领域引起了广泛的关注。

石墨烯在聚合物改性中的研究也取得了一些进展，这对于改善聚合物的性能具有重要的意义。

目前，石墨烯与聚合物的复合材料已经被广泛研究和应用。

石墨烯以其良好的导电性、热导率和机械性能等特点，可以显著改善聚合物的性能。

将石墨烯添加到聚合物中可以提高电导率，因此可以用于制备导电聚合物材料。

石墨烯还可以提高聚合物的力学性能和热稳定性。

石墨烯与聚合物的复合材料可以通过不同的方法制备。

一种常用的方法是将石墨烯分散在聚合物溶液中，并通过溶剂挥发或冷凝方法制备复合膜。

还有一种方法是在聚合物溶胶中添加石墨烯，并通过凝胶化和固化方法制备复合材料。

石墨烯还可以通过高分子交联方法与聚合物进行化学反应，形成化学交联的复合材料。

石墨烯在聚合物改性中的应用已经取得了一些重要的成果。

研究表明，添加适量的石墨烯可以显著提高聚合物的导电性能。

将石墨烯添加到聚合物中可以将导电性能提高几个数量级。

石墨烯还可以显著提高聚合物的力学性能。

研究表明，添加少量的石墨烯可以将聚合物的弯曲模量和抗拉强度提高数倍。

石墨烯还可以提高聚合物的热稳定性和阻燃性能。

研究表明，添加石墨烯可以显著提高聚合物的热分解温度和耐热性能。

目前，石墨烯与聚合物的复合材料已经在电子、光电和生物医学等领域得到了广泛的应用。

石墨烯与聚合物的复合材料可以用于制备柔性电子设备，如柔性电池、柔性传感器和可穿戴设备等。

石墨烯与聚合物的复合材料还可以用于制备光伏电池、光电显示器和光电调制器等光电器件。

石墨烯与聚合物的复合材料还具有良好的生物相容性，可以用于制备生物医学材料，如骨接合材料和人工器官等。

石墨烯在聚合物改性中的研究已经取得了一些进展。

石墨烯可以显著改善聚合物的性能，包括导电性、力学性能和热稳定性等。

石墨烯与聚合物的复合材料在电子、光电和生物医学等领域有着广泛的应用前景。

《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展，石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，因其独特的物理、化学性质，在材料科学领域引起了广泛的关注。

其优异的导电性、热导率、力学性能以及大的比表面积等特性，使得石墨烯在复合材料中具有巨大的应用潜力。

本文将重点探讨石墨烯及改性石墨烯的制备方法，以及它们在复合材料中的应用研究。

二、石墨烯与改性石墨烯的制备1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法等。

其中，氧化还原法因其成本低、产量大、操作简便等优点，成为制备石墨烯的常用方法。

该方法首先将天然石墨氧化，得到氧化石墨，然后通过还原得到石墨烯。

2. 改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过在石墨烯表面引入官能团、掺杂异质元素或与其他材料复合等方式，改善其分散性、亲水性、导电性等性能。

常见的改性方法包括共价改性、非共价改性和掺杂改性等。

三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用1. 石墨烯在复合材料中的应用由于石墨烯具有优异的导电性、热导率和力学性能，将其添加到聚合物、金属、陶瓷等材料中，可以显著提高复合材料的性能。

例如，在聚合物基复合材料中，石墨烯可以提高材料的导电性、热稳定性以及力学性能。

在金属基复合材料中，石墨烯可以作为增强相，提高材料的硬度和耐磨性。

2. 改性石墨烯在复合材料中的应用改性石墨烯通过改善其分散性、亲水性和导电性等性能，在复合材料中的应用更加广泛。

例如，通过共价改性引入含氧官能团的石墨烯，可以改善其在极性溶剂中的分散性，从而更好地与其他材料复合。

改性后的石墨烯在聚合物基复合材料中可以形成更为均匀的分散体系，进一步提高复合材料的性能。

四、结论石墨烯及改性石墨烯的制备方法多种多样，其独特的物理、化学性质使得它们在复合材料中具有广泛的应用前景。

随着纳米科技的不断发展，石墨烯及改性石墨烯在复合材料中的应用将更加深入和广泛。

未来研究应关注如何进一步提高石墨烯及改性石墨烯的制备效率、质量以及其在复合材料中的性能表现，以推动其在更多领域的应用。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，因此被广泛应用于各种领域。

在聚合物领域，石墨烯的引入可以显著改善聚合物的性能，提高其导电性、热导性和力学性能，因此受到了广泛的关注。

本文将就石墨烯在聚合物改性中的研究进展进行探讨。

一、石墨烯在聚合物中的引入方式石墨烯可以通过物理混合、化学修饰和共混等方式引入到聚合物中，其中物理混合是最为简单的方式，即将石墨烯与聚合物机械混合。

化学修饰是将石墨烯表面进行功能化处理，增强其与聚合物的相容性。

共混是将石墨烯与聚合物在一定条件下共同溶解，形成均匀的混合体系。

不同的引入方式会对聚合物的性能产生不同的影响，因此需要根据具体的应用要求选择合适的引入方式。

二、石墨烯对聚合物性能的影响1.导电性能石墨烯具有优异的热导性能，可以高效传递热量。

在聚合物中引入石墨烯可以提高聚合物的热导性能，改善其对热的传导和散热能力。

这对于一些特殊工程塑料和高性能复合材料的应用具有重要意义。

3.力学性能石墨烯具有优异的力学性能，具有很高的拉伸强度和模量。

在聚合物中引入石墨烯可以显著提高聚合物的强度和刚度，改善其耐热性和耐磨性。

石墨烯的引入可以大大拓展聚合物的应用领域，使其在汽车、航空航天等高端领域得到更广泛的应用。

在石墨烯与聚合物复合材料中，石墨烯与聚合物的相容性是影响材料性能的关键因素。

研究表明，通过对石墨烯进行表面改性处理，可以增强其与聚合物的相容性，提高两者间的相互作用力，从而获得更好的复合材料性能。

石墨烯的表面处理技术对于提高石墨烯与聚合物的相容性具有重要意义。

石墨烯与聚合物复合材料已经在许多领域得到了应用，例如电子器件、导电材料、航空航天材料等。

石墨烯聚合物复合材料在导电材料领域有着广阔的应用前景，可以用于制备柔性电子器件、传感器、导电塑料等产品。

石墨烯聚合物复合材料在汽车和航空航天材料领域也有着巨大的潜力，可以提高材料的轻量化、加工性能和耐热性能。

石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。

石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。

本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。

本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。

接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。

本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。

二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。

以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。

首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。

接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。

通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。

这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。

原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。

例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。

这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。

熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展一、石墨烯的结构特点石墨烯是由一层层的碳原子按照六角形的结构排列而成，形成了具有二维结构的材料。

石墨烯的晶格结构非常稳定，同时也呈现出了许多独特的性质。

石墨烯具有极高的导电性和热导性，是现有材料中最好的导电材料之一；石墨烯具有超高的拉伸强度和模量，是目前已知的最强硬的材料之一；石墨烯还具有极大的比表面积，对气体、溶液中的分子具有很强的吸附能力。

这些独特的结构特点赋予了石墨烯在聚合物改性中独特的优势和应用价值。

二、聚合物改性的技术手段1. 石墨烯增强聚合物复合材料的制备2. 石墨烯改性聚合物的界面调控石墨烯与聚合物之间的界面相互作用对于复合材料的性能起着至关重要的作用。

研究人员通过对石墨烯进行化学修饰，改善了石墨烯与聚合物的相容性，使其能够更好地与聚合物基体相互作用。

也有研究表明，通过在石墨烯表面引入功能化基团，可以提高石墨烯与聚合物的结合强度和界面附着力，从而有效地提升复合材料的性能。

3. 石墨烯的多功能应用除了作为填料材料外，石墨烯本身也具有多种功能，如光学、电磁、生物等功能。

研究人员还将石墨烯与其他功能性材料相结合，制备出了具有多种功能的石墨烯复合材料，如石墨烯纳米复合薄膜、石墨烯导电材料、石墨烯生物医用材料等。

这些多功能复合材料在光电子器件、生物医学领域等方面都具有广阔的应用前景。

四、研究现状及展望目前，石墨烯在聚合物改性领域的研究已经取得了许多重要的成果，但也面临着一些挑战。

石墨烯的制备和处理技术仍然比较复杂和昂贵，需要进一步降低成本，提高产量；石墨烯与聚合物的界面相容性和相互作用机制还不够清晰，需要进一步深入研究；石墨烯在复合材料中的应用还存在一些问题，如在工程应用中的大规模制备、稳定性和耐久性等方面需要进一步完善。

展望未来，随着石墨烯在聚合物改性中的研究逐渐深入，相信石墨烯基聚合物复合材料将会得到进一步的发展和应用。

未来的研究方向主要包括：石墨烯的大规模制备技术、石墨烯与聚合物的界面调控技术、石墨烯复合材料的性能优化等方面。

《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展，石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，因其独特的物理、化学性质，近年来在科学界引起了广泛的关注。

其优异的导电性、高强度、高热导率等特性使得石墨烯在复合材料领域有着巨大的应用潜力。

然而，纯石墨烯的应用往往受到其制备成本高、产量低以及难以实现规模化生产等问题的限制。

因此，改性石墨烯的制备及其在复合材料中的应用成为了研究的重要方向。

二、石墨烯的制备石墨烯的制备主要采用化学气相沉积法、氧化还原法以及液相剥离法等方法。

其中，氧化还原法因其原料易得、制备工艺简单等优点被广泛应用。

首先，通过强酸、强氧化剂对天然石墨进行氧化处理，得到氧化石墨；然后，通过一定的还原手段，如热还原、化学还原等，将氧化石墨还原为石墨烯。

此外，液相剥离法是利用液相中的剥离剂将天然石墨剥离成单层或几层的石墨烯片层。

三、改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过物理或化学方法对石墨烯进行表面修饰或掺杂，以提高其分散性、稳定性及与其他材料的相容性。

常见的改性方法包括共价改性和非共价改性。

共价改性是通过引入官能团或化学键对石墨烯进行修饰；非共价改性则是利用分子间的相互作用力，如范德华力、氢键等，将其他分子吸附在石墨烯表面。

四、改性石墨烯在复合材料中的应用改性石墨烯在复合材料中的应用广泛，特别是在导电、导热、电磁屏蔽等领域。

首先，在导电复合材料中，改性石墨烯因其优异的导电性能和良好的分散性，可显著提高复合材料的导电性能。

其次，在导热复合材料中，改性石墨烯的高热导率使其成为提高复合材料导热性能的理想选择。

此外，改性石墨烯还具有优异的电磁屏蔽性能，可广泛应用于电磁屏蔽材料的制备。

五、研究展望未来，随着纳米科技的进一步发展，石墨烯及改性石墨烯在复合材料中的应用将更加广泛。

首先，需要进一步研究石墨烯及改性石墨烯的制备工艺，提高其产量和降低生产成本，以实现规模化生产。

其次，需要深入研究改性石墨烯的物理、化学性质及其与基体的相互作用机制，以提高其在复合材料中的性能和应用效果。

《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着科技的不断进步，石墨烯作为一种新型的二维材料，以其出色的物理、化学和机械性能引起了全球研究者的广泛关注。

在材料科学、能源、电子等领域中，石墨烯的制备及其在复合材料中的应用研究已成为前沿课题。

本文将重点探讨石墨烯与改性石墨烯的制备方法，以及它们在复合材料中的应用研究。

二、石墨烯与改性石墨烯的制备1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。

其中，氧化还原法因成本低、操作简便等优点得到了广泛应用。

该方法主要是通过氧化石墨得到氧化石墨烯，再通过还原剂如水合肼、维生素C等将其还原为石墨烯。

2. 改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过化学、物理或生物方法对石墨烯进行表面修饰或功能化，以提高其性能。

常见的改性方法包括非共价修饰和共价修饰。

非共价修饰主要利用范德华力或π-π堆积等相互作用将分子吸附在石墨烯表面；共价修饰则通过引入官能团等方式对石墨烯进行化学改性。

三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用1. 能源领域应用石墨烯因其优异的导电性、导热性和机械性能，被广泛应用于能源领域。

例如，石墨烯可以用于制备高性能的锂离子电池和超级电容器，还可以用于制备高效的太阳能电池等。

而改性石墨烯由于具有更好的分散性和与其他材料的相容性，能进一步提高复合材料的性能。

2. 材料科学领域应用在材料科学领域，石墨烯和改性石墨烯可以用于制备高强度、高韧性的复合材料。

例如，将石墨烯与聚合物基材复合，可以显著提高聚合物的力学性能、热稳定性和导电性。

此外，改性石墨烯还可以用于制备具有特殊功能的复合材料，如磁性复合材料、光敏复合材料等。

3. 生物医学领域应用石墨烯和改性石墨烯在生物医学领域也具有广泛的应用前景。

例如，利用其优异的生物相容性和导电性，可以将其用于制备生物传感器、药物载体等。

此外，改性石墨烯还可以用于改善生物材料的表面性能，如抗菌性能、抗凝血性能等。

石墨烯及其复合材料的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有极高的导电性、导热性和机械强度，因此在诸如电子学、能源、传感器等领域具有广泛应用前景。

随着石墨烯研究的不断深入，越来越多的石墨烯复合材料被制备出来并被应用在实际中。

本文将介绍石墨烯及其复合材料的研究进展。

石墨烯的制备方法主要有机械剥离、化学气相沉积和化学还原等。

在机械剥离法中，通过在石墨晶体表面涂覆一层黏性剂，再使用胶带或刮刀将其剥离，就可以得到一层石墨烯。

化学气相沉积法则是将石墨烯生长在含碳气体的金属基片上，但这种方法需要高温高压条件下进行，而且存在成分不稳定的问题。

近年来，化学还原法由于制备简便、成本低廉等优势已经成为了石墨烯的主要制备方法之一。

化学还原法可以通过加热石墨烯氧化物或者将石墨烯氧化物和还原剂同时进行反应来得到石墨烯。

石墨烯作为一种新材料，在众多领域展露出了巨大的应用潜力。

在电子学领域，由于石墨烯导电性极高，可以制作出高性能的场效应晶体管、电荷传输器件等。

在光电领域，石墨烯在太阳能电池、光传感器等方面发挥着重要作用。

此外，石墨烯还可以应用于电磁屏蔽、生物传感等多个领域。

除了单独应用石墨烯，人们还发现将石墨烯与其他材料复合可以进一步增强其性能。

在支撑材料方面，人们可以将石墨烯直接复合在其他纤维或者颗粒材料上，形成石墨烯复合纤维或者颗粒。

在组合材料方面，人们可以将石墨烯与其他材料复合在一起，形成石墨烯复合材料。

一种常见的石墨烯复合材料是石墨烯复合聚合物。

这种复合材料可以通过将石墨烯加入聚合物中，来改善其机械、热学和电学性能。

相比于传统聚合物材料，石墨烯复合聚合物具有较高的导电性和导热性，因此在半导体、电池、储能等领域有着广泛的应用前景。

此外，人们还将石墨烯与金属、半导体等复合，在这些复合材料中石墨烯通常充当载流子的输运通道。

其中，石墨烯与铜、铝等复合材料可以提高电导率和导热率，从而改善导电线材、散热器等设备的性能。

—115—《装备维修技术》2021年第5期1 石墨烯的制备方法1.1 氧化还原法氧化还原法主要是利用强氧化剂和强酸对石墨实施氧化处理，从而在石墨的表面形成环氧、羟基以及羧基等多种含氧基团，进一步降低手摸层间的相互作用，增大石墨层间距离，制备出氧化石墨烯，其实也就是人们常说的GO ，之后再利用相应的化学方法或者高温作用还原GO ，将其表面附着的含氧基团去除，最终得到我们所需要的石墨烯。

这种制备方法具体操作过程中，由于GO 表面存在大量的含氧基团，其中中央区域分布最多的是环氧基团和羟基基团，羧基基团主要分布在GO 的边缘区域。

采用氧化还原法制备石墨烯，由于无法彻底消除各类含氧基团，造成最终制备的石墨烯存在一定的缺陷，但最大的优势就是制备成本低且操作简便，所以还是存在较为广阔的应用前景［1］。

1.2 GO 的还原GO 还原法包含了溶液热还原法、热还原法以及化学还原法三种。

下面就这三种制备方式进行简要论述。

首先，溶液热还原法具体操作步骤：先将GO 均匀分散在溶液当中，然后对溶液进行加热处理，在此环境下可以促使GO 表面的含氧基团去除干净，同时也可以在一定程度上抑制石墨烯片层的重新堆叠。

相关学者研究表明，将GO 水悬浮液放置到180摄氏度的热反应器当中，静置六个小时之后可以得到纯度比较高的石墨烯。

而且通常情况下溶液的极性越大，GO 还原处理就越容易。

其次是热还原法，这种还原方式是在惰性气体保护环境下，将GO 温度升到230摄氏度，这样便能够有效去除GO 表面的含氧基团，由于是高温去除所以被人们称作热还原。

可是在热还原处理中会造成石墨烯片层的重新堆积，所以最终得到的通常为石墨结构，而不是预期的石墨烯结构。

只有GO 升温非常迅速情况下才有可能获得石墨烯结构［2］。

再次，化学还原法是利用一些强还原剂对GO 实施还原处理，采取这种方法可以获得质量比较好的石墨烯。

我国目前最常采用的强还原剂主要为水合肼。

研究发现，利用水合肼还原得到的石墨烯的电导性可以达到2420S/m ，通过对还原时间、温度和水合肼含量的调控实现了对GO 的可控还原。

石墨烯基复合材料的制备及其性能研究石墨烯是一种著名的二维纳米材料，其具有优异的力学、导电、导热和光学性能，受到了众多科学家的关注。

近年来，人们开始将石墨烯与其他材料进行复合，以期望得到更好的性能。

本文将从制备方法、复合材料的性能研究等方面来介绍石墨烯基复合材料的研究进展。

一、石墨烯基复合材料的制备方法（1）化学还原法化学还原法是一种常用的制备石墨烯的方法。

它的基本原理是通过还原剂还原氧化石墨，从而制备出石墨烯。

化学还原法的优点是简单易行，但由于存在无法避免的化学氧化作用，在复合材料中的应用比较有限。

（2）机械剥离法机械剥离法是一种通过机械剥离的方式制备石墨烯的方法。

它的原理是将粘贴的石墨材料在表面进行切割和撕裂，使其逐渐变薄，最终得到单层的石墨烯。

机械剥离法的优点是可以得到高质量的石墨烯，但操作难度较高。

（3）化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过合成气相沉积制备石墨烯的方法。

它的原理是将气态前体物质通过喷射或者滴定的方式加入到石墨基底上，经过高温和高压处理后得到石墨烯。

化学气相沉积法的优点是制备速度快，控制条件容易，但复合材料的制备比较困难。

二、石墨烯基复合材料的性能研究（1）力学性能石墨烯的力学性能优异，而在复合材料中的应用主要是用来提高材料的强度和硬度。

比如将石墨烯添加到金属基底中，可以提高其硬度和刚性，从而制成高强度的复合材料。

同时，石墨烯的韧性也可以提高材料的韧性和抗拉伸性能。

（2）导电性能石墨烯是一种优异的导电材料，在复合材料中的应用主要是用来制作导电性能高的材料。

比如将石墨烯添加到聚合物中，可以制成具有高导电性的复合材料。

这种复合材料可以用来制作高效的电子元器件和传感器。

（3）光学性能石墨烯的光学性能也很优异，可以应用于太阳能电池和光电器件等领域。

比如将石墨烯和硅基底进行复合，可以制成高效的太阳能电池。

总之，石墨烯基复合材料具有优异的性能，其制备方法和性能研究是当前研究的热点之一。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展
石墨烯是一种由碳原子组成的二维薄片材料，具有极高的导热性、高强度和优异的电
子特性。

石墨烯被广泛应用于聚合物材料的改性中。

石墨烯与聚合物的结合可以通过物理混合、化学修饰或共聚合等方法实现。

物理混合
是最简单的方法，通过将石墨烯纳入聚合物基体中，可以显著改善聚合物的导热性能。

物
理混合的方法存在石墨烯分散性差、聚合物基体与石墨烯之间相互作用弱等问题，限制了
其应用。

石墨烯在聚合物改性中的应用有着广泛的研究领域。

石墨烯可以用于改善聚合物的导
热性、机械性能和电学性能。

将石墨烯引入聚合物基体中可以显著提高聚合物的导热性能，用于制备高导热性材料。

石墨烯还可以提高聚合物材料的强度和刚性，用于制备高强度材料。

石墨烯在聚合物改性中还可以应用于电学和光学领域。

石墨烯具有优异的电导率和光
学透明性，可以用于制备导电聚合物材料和柔性光电器件。

石墨烯可以用于制备导电聚合
物复合材料，用于制备柔性传感器和导电薄膜等。

虽然石墨烯在聚合物改性中具有广阔的应用前景，但目前仍存在一些挑战。

石墨烯的
制备方法需要进一步完善，以提高石墨烯的质量和纯度。

石墨烯与聚合物之间的相互作用
机制还需要进一步研究，以优化石墨烯与聚合物的结合方式。

石墨烯的成本也是一个问题，需要进一步降低成本，以便大规模应用。

石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。

自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。

石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。

本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。

石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。

其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。

化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。

化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。

物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。

流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。

微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。

石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。

首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。

FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。

其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。

此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展
为了实现石墨烯与聚合物的有效复合，石墨烯的表面处理就非常重要。

传统的氧化石
墨烯（GO）处理方法效果有限，因为氧化还原反应带来的劣化和缺陷降低了石墨烯的电学
和力学性能。

而近年来，石墨烯的纳米处理（如化学修饰、高温处理、等离子体处理）可
以有效地消除有机污染物和有机功能基团，使得石墨烯与聚合物的复合效果更加理想。

石墨烯基复合材料已经在聚合物改性领域上取得了很大的进展。

常用的石墨烯基复合
材料包括石墨烯/聚合物复合材料、石墨烯/聚合物纳米复合材料和石墨烯气凝胶/聚合物
复合材料。

石墨烯/聚合物复合材料是指通过石墨烯与聚合物的物理混合，实现石墨烯与聚合物
的复合的材料。

通过该方法可以提高纳米材料的填充率，增强石墨烯的链间距离，从而改
善聚合物的力学性能。

石墨烯气凝胶/聚合物复合材料则是通过半透明石墨烯气凝胶和聚合物的复合制得的
材料。

该气凝胶制备技术便于控制石墨烯的粘合强度，并能避免石墨烯的吸附放散和凝集。

这样，得到的聚合物复合材料具有高度分散性和内聚性。

《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言石墨烯作为新一代纳米材料，自2004年发现以来就因其卓越的电、热、力学等特性在科学领域引起了广泛关注。

随着制备技术的不断进步，改性石墨烯也因其独特的性能在复合材料中得到了广泛应用。

本文将详细介绍石墨烯与改性石墨烯的制备方法，并探讨其在复合材料中的应用研究。

二、石墨烯与改性石墨烯的制备（一）石墨烯的制备目前，制备石墨烯的主要方法包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法等。

其中，氧化还原法因其成本低、产量大、工艺简单等优点成为主流制备方法。

该方法主要通过化学氧化处理天然石墨，获得氧化石墨烯，再通过还原过程获得石墨烯。

（二）改性石墨烯的制备改性石墨烯是在石墨烯的基础上，通过引入其他元素或基团来改变其表面性质和结构。

常见的改性方法包括共价改性和非共价改性。

共价改性主要通过化学键合引入其他原子或基团，而非共价改性则主要通过物理吸附或相互作用来改变石墨烯的表面性质。

三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用（一）在聚合物复合材料中的应用石墨烯和改性石墨烯因其优异的导电、导热和力学性能，在聚合物复合材料中具有广泛应用。

例如，通过添加石墨烯或改性石墨烯可以显著提高聚合物的导电性能、导热性能和力学性能。

此外，还可以通过调整石墨烯或改性石墨烯的尺寸、形状和分布来优化复合材料的性能。

（二）在金属基复合材料中的应用在金属基复合材料中，石墨烯和改性石墨烯可以作为增强相，提高金属基体的强度和韧性。

此外，它们还可以改善金属基体的导电性能和抗腐蚀性能。

通过调整石墨烯或改性石墨烯的含量和分布，可以实现对金属基复合材料性能的精确调控。

（三）在陶瓷基复合材料中的应用陶瓷基复合材料因其优异的耐高温性能和化学稳定性在航空航天等领域具有广泛应用。

通过添加石墨烯或改性石墨烯，可以显著提高陶瓷基复合材料的韧性、抗冲击性能和导热性能。

此外，它们还可以改善陶瓷基体的加工性能，降低生产成本。

收稿日期：２０１３－１２－２４作者简介：欧阳春平（１９８３－），男，博士，技术研发工程师，主要从事聚合物制备及其复合材料研发工作。

文章编号：1002-1124（2014）06-0042-06Ｓｕｍ２２５Ｎｏ．６化学工程师Chemical Engineer２０１４年第０６期石墨烯［１］是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为０．３５ｎｍ。

这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。

例如，石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达１３０ＧＰａ，是钢的１００多倍；其载流子迁移率达１５０００ｃｍ２·（Ｖ·ｓ）－１是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍，超过商用硅片迁移率的１０倍以上，在特定条件下（如低温骤冷等），其迁移率甚至可达２５００００ｃｍ·（Ｖ·ｓ）－１；其热导率可达５３００Ｗ·（ｍ·ｋ）－１，是金刚石的３倍；电阻率只约１０－６Ω·ｃｍ－１，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。

由于其优良的机械和光电性质，结合其特殊的单原子层平面二维结构及其高比表面积，可以制备基于石墨烯的各种柔性电子器件和功能复合材料。

作为热导体，石墨烯比目前任何其他材料的导热效果都好。

由于石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等众多优点，人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、复合材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，可望在二十一世纪掀起一场新的技术革命。

图１为石墨烯及其衍生物结构示意图［２］。

图1石墨烯及其衍生物示意图Fig.1Schematic diagrams of graphene and its derivatives石墨烯制备、改性及其聚合物复合材料研究进展欧阳春平＊，曾祥斌，郑一泉，王伟伟，刘勤，李岩，黎静，蔡彤旻（金发科技股份有限公司企业技术中心，塑料改性与加工国家工程实验室，广东广州５１０６６３）摘要：石墨烯是由海姆和诺沃肖洛夫２００４年首先制备的，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为０．３５ｎｍ。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯由于其出色的结构和性能，在聚合物改性方面具有广泛的应用前景。

本文主要讨论了石墨烯在聚合物改性中的研究进展和应用前景。

研究方法和进展石墨烯在聚合物中的应用主要包括两种改性方法：一种是将石墨烯与聚合物材料共混，另一种是采用化学修饰法将石墨烯与聚合物结合。

共混法是一种简单有效的方法，其具体过程是将石墨烯和聚合物按比例混合并加热混合，使其充分融合。

但这种方法容易在混合过程中导致石墨烯聚集，难以实现石墨烯与聚合物的良好分散。

因此，化学修饰法成为石墨烯在聚合物改性中的首选方法。

化学修饰法利用石墨烯的化学反应性，在石墨烯表面引入不同化学官能团，使其能与聚合物表面发生相互作用，从而实现石墨烯与聚合物的紧密结合。

常用的化学修饰方法包括氧化、还原、氨基化、烷基化等。

2. 石墨烯在聚合物中的应用领域石墨烯在聚合物改性中具有广泛的应用领域，包括：高分子复合材料、聚合物基纳米复合材料、高分子电解质等。

高分子复合材料是一种将石墨烯与聚合物混合制备的新型材料。

石墨烯在高分子复合材料中的应用可增强其导电性、机械性能、抗氧化性能等，从而扩展了高分子材料的应用范围。

聚合物基纳米复合材料是一种在聚合物中嵌入纳米级别的石墨烯颗粒，从而增强其力学性能、导电性能等。

这种材料常用于制备柔性电池、超级电容器、传感器等领域。

高分子电解质是一种应用广泛的电池组件，其应用范围包括锂离子电池、超级电容器等。

石墨烯在高分子电解质中的应用，可以增强其传导性能和电化学稳定性，减少电池内部的损耗和电化学冲突。

石墨烯具有超强的机械强度、导电性和热导率，因此在聚合物领域的应用前景非常广阔。

未来的研究重点将集中在以下几个方面：一是研究石墨烯与其他材料的复合效果，寻找更好的配比和处理工艺，从而实现更好的功能材料的制备。

二是继续研究和开发石墨烯的便携制备和加工方法，研究能够提高成品的制备效率和使用寿命的方法。

三是开展石墨烯在多功能聚合物电解质和封装材料中的运用，以延长电池的使用寿命和提供更高效的电子封装解决方案。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有超强的导电性、导热性、力学强度以及化学稳定性等优异性能，在材料科学领域引起了广泛的关注。

石墨烯与聚合物复合材料因其互补性能受到研究者的青睐，被广泛应用于各种领域。

本文将就石墨烯在聚合物改性中的研究进展作一综述。

一、石墨烯与聚合物复合材料制备聚合物复合材料是将聚合物与其他材料复合而成的一种新型材料，其性能相比于单一聚合物材料显示出更为优异的特性。

将石墨烯与其他材料配合形成聚合物复合材料的制备方法主要有以下几种：1. 溶液法：将石墨烯溶解于有机溶剂中，再与聚合物在搅拌条件下混合。

溶液法制备的复合材料具有良好的分散性，但却需要一定的溶解过程，且在溶剂挥发时可能会出现沉淀。

2. 热浸渍法：将石墨烯与聚合物准备好的溶液分别浸泡于同一容器中，通过热处理使其充分混合。

热浸渍法制备的复合材料需求简单，但制备过程中需要避免温度过高导致聚合物降解和石墨烯的高温致损。

3. 力学法：将石墨烯和聚合物通过机械力混合，如高剪切混合、高强度搅拌、磨擦力混合等。

力学法制备复合材料的优点在于制备过程不需要太多的化学试剂，同时能够加强石墨烯与聚合物的结合。

4. 静电纺丝法：将石墨烯与聚合物纤维素素溶解于同一有机溶剂中，通过静电纺丝将其复合。

静电纺丝法能够制备具有高比表面积、高机械性能、高导电性等优秀性能的纳米材料复合物。

1. 电学性能石墨烯具有极高的电子迁移率和导电性能，在聚合物中加入适量的石墨烯能显著提高电学性能，例如电导率和电阻率等。

因此，石墨烯与聚合物的复合材料在燃料电池、电池等领域应用广泛。

2. 机械强度石墨烯的引入能够增加聚合物复合材料的机械强度。

石墨烯与聚合物之间能够形成强的相互作用力，使得石墨烯在复合材料中能够发挥其高强度的性质，从而提高复合材料的机械性能和耐磨性能等。

3. 热稳定性随着石墨烯与聚合物复合材料性能的逐渐改善，这种复合材料将具有更广泛的应用前景。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯是由碳原子以sp2杂化构成的二维平面晶体结构，具有高的导电性、热导率和机械性能，因此在聚合物改性中具有广泛的应用前景。

石墨烯可以通过与聚合物基体的物理混合、化学修饰或直接合成等方式引入聚合物中，从而实现对聚合物性能的调控、增强，扩展了聚合物的应用领域。

一种常见的方法是将石墨烯与聚合物基体进行物理混合。

石墨烯具有高的比表面积和亲水性，能够与聚合物基体形成均匀分散的复合材料。

石墨烯可以通过机械剥离、液相剥离、化学剥离等方法制备成片状、纳米片状、纳米带状等不同形态的石墨烯，并与聚合物基体进行物理混合。

石墨烯可以增加聚合物的导电性和热导率，从而提高聚合物的导电与导热性能。

石墨烯与聚合物EPS形成的复合材料在导电性、抗静电性、电磁屏蔽性等方面具有优异性能。

石墨烯还可以改善聚合物的力学性能。

由于石墨烯具有纳米级结构和高的比表面积，能够增加聚合物的界面相互作用，提高复合材料的强度、刚度和断裂韧性。

另一种方法是通过化学修饰的方式将石墨烯引入聚合物中。

石墨烯的表面含有大量的羟基、羰基等官能团，可与聚合物基体发生化学反应。

通过改变官能团的类型和含量，可以实现对石墨烯与聚合物基体之间相互作用的调控。

通过在石墨烯表面修饰含有活性基团的分子，使石墨烯与聚合物基体之间形成共价键，增强它们之间的相互作用。

石墨烯化学修饰后的复合材料具有更好的分散性、界面结合性和光学性能。

石墨烯还可以通过与功能化聚合物共混形成复合材料，从而实现对聚合物的功能化改性。

通过与石墨烯共混的聚合物复合材料可以实现对气体分离、光催化、荧光传感等性能的调控。

还可以通过直接合成方法将石墨烯引入聚合物中。

直接合成的方法包括化学气相沉积、电化学合成、热解法等。

通过直接合成可以获得高度纯净、大面积的石墨烯，从而提高复合材料的性能。

在聚合物基体表面制备石墨烯纳米复合薄膜，可以增强聚合物的光学透明性、机械强度和耐磨性。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展表明，通过不同的引入方式可以实现对聚合物性能的调控和增强。