石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展

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。

石墨烯基复合材料的制备及性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有多种优异的物理、化学和机械性质，被广泛认为是材料科学领域的革命性发现之一。

石墨烯具有极高的电子迁移率、巨大的表面积和出色的机械强度，使其成为制备复合材料的理想增强剂。

石墨烯基复合材料的制备方法有多种，其中最常用的方法之一是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）。

CVD法通过将碳源气体（如甲烷）在高温下引入反应室中，经过化学反应生成石墨烯，并将其沉积在基底材料上。

CVD法制备的石墨烯通常为大面积单层石墨烯，具有较高的质量和较少的缺陷。

石墨烯基复合材料的性能研究是一个热门领域。

其中一个典型应用是石墨烯纳米复合材料的电子器件方面。

石墨烯的高电子迁移率和大量的自由电子使其成为理想的导电层材料，可以用于制备高性能的柔性电子器件、传感器和太阳能电池。

另外，石墨烯还可以作为增强剂用于制备高性能的复合材料。

石墨烯具有极高的拉伸强度和刚度，可以有效地增强复合材料的力学性能。

研究表明，在复合材料中引入少量的石墨烯可以显著提高复合材料的强度、刚度和耐磨性。

除了力学性能的增强，石墨烯还可以改善复合材料的导热性能。

石墨烯具有优异的热导率，能够有效地传导热量。

因此，将石墨烯引入导热性能较差的基体材料中，可以显著提高复合材料的导热性能。

这对于一些需要高导热材料的领域（如电子散热材料）具有重要意义。

此外，石墨烯还可以提高复合材料的抗腐蚀性能。

石墨烯具有较高的化学稳定性，可以有效地防止基体材料受到腐蚀。

因此，在复合材料中引入石墨烯可以增强复合材料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。

总之，石墨烯基复合材料的制备和性能研究是一个充满挑战和潜力的领域。

石墨烯的优异性能使其成为制备高性能电子器件和复合材料的理想材料。

未来，随着对石墨烯制备技术和性能研究的不断深入，相信石墨烯基复合材料将在各个领域展现出更多的应用前景。

2020年第19卷第12期石墨烯/PVDF复合材料的制备及其性能探讨□狄莹莹【内容摘要】通过熔融模压法制备以聚偏氟乙烯（PVDF）树脂和石墨烯为基体和填料的PVDF/石墨烯复合材料，具有较好的热、电性能。

通过改变石墨烯含量和添加助剂，研究其对复合材料电性能、热性能的影响。

对不同条件下制备得到的样品进行性能测试和表征后，对比数据结果和微观照片可知，电性能参数（介电常数和体积电阻率）与导热系数均与石墨烯含量成正比，且参数变化有突变现象；添加助剂能有效促进石墨烯在PVDF基体中的均匀分散，合适的助剂体系能显著提高复合材料的性能。

【关键词】熔融模压法；聚偏氟乙烯；助剂；石墨烯；复合材料；材料性能【基金项目】本文为陕西省教育厅专项科研计划项目（编号：19JK0075）研究成果。

【作者简介】狄莹莹（1985 ），陕西工业职业技术学院财经与旅游学院讲师；研究方向：高分子材料在电性能和热性能方面，聚偏氟乙烯（PVDF）比其它聚合物材料更为优异，因此常选用PVDF作为制备导热、导电、介电性能优异的复合材料的基体树脂。

近年来不断引起大众关注的石墨烯是一种新型二维纳米材料，具有优异的热性能和电性能。

以石墨烯为填料的复合材料相关的研究近年来不断取得进展，如通过化学改性法处理石墨烯，改善了其易发生团聚的特性，使其能更好地在聚合物基体中均匀分散。

不同于传统的填料材料，石墨烯独特的纳米结构能满足PVDF对填料填充量的需求，提高材料的性能。

目前实验室制备PVDF/石墨烯复合材料主要采用溶液共混工艺和原位聚合法，该制备方法的工业应用受到溶剂的使用量、成本、环境污染等问题的阻碍。

本文采用熔融模压法制备石墨烯/ PVDF复合材料，研究制备配方中助剂和石墨烯含量的变化对制备得到的石墨烯/PVDF复合材料热、电性能的影响，以促进制备该类复合材料的技术发展并推广，提升其科研和市场价值。

一、实验部分（一）主要原料与试剂。

1．基体。

聚偏氟乙烯（PVDF，301F），购自美国苏威公司。

石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。

本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。

关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。

石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。

氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。

本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。

二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。

GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。

干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。

樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。

通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。

马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。

加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。

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。

05140功滋讨科2021年第5期(52)卷文章编号：1001-9731(2021)05-05140-05ZnO-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解性能研究李林枝（吕梁学院化学化工系，山西吕梁033000）摘要：采用溶剂热法，制备了一系列不同还原氧化石墨烯（RGO）含量（0,2%,4%,6%和8%（质量分数））的ZnO-石墨烯复合材料。

通过XRD.SEM.PL等方法对复合材料样品进行了表征。

结果表明，所有掺杂RGO的复合材料样品均没有改变ZnO的结构；纯ZnO样品为圆球状颗粒，晶粒尺寸约为40nm,掺入RGO后，样品的晶粒尺寸出现了不均匀现象，并且随着RGO含量的增加,复合材料样品的团聚逐渐加大；所有复合材料的发射峰都在373nm附近，随着RGO掺量的增加，复合材料的本征发射峰的强度呈现先降低后升高的趋势；RGO的引入可以提高复合材料在可见光区域的吸收，并且吸收峰有轻微红移的趋势；随着RGO掺量的增加，复合材料的光催化性能呈现出先升高后降低的趋势，当RGO含量为6%（质量分数）时，复合材料的光催化性能最佳，降解率和反应速率常数分别达到71.97%,0.017mirT1。

关键词：ZnO；石墨烯；复合材料；光催化；吸收光谱中图分类号：））613.71；TQ426.6文献标识码:A DOI：10.3969/.issn.100-9731.2021.05.0210引言随着工业社会的进步，环境污染已经成为了制约我国发展的主要问题,目前废水处理是影响最为广泛的问题，对于废水处理，常用的手段就是光催化［4］。

光催化是指半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解。

金属氧化物常常被作为光催化剂，在众多光催化剂中，ZnO 凭借其宽禁带（3.3〜3.4eV）、较高的激子结合能和优异的常温发光性能等成为了光催化降解水污染的核心研究方向［-10］。

但同时ZnO在催化中也存在一些缺点，例如:ZnO仅对紫外光（＜400mm）有较强吸收,对可见光区域的吸收利用率较低、Zn（）的电子-空穴复合概率较高，复合速率较快：1115］,这些问题都严重制约了ZnO在光催化中的应用。

石墨烯-MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究石墨烯/MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究一、引言石墨烯和金属有机骨架材料（MOFs）是近年来受到广泛关注的两种新型材料。

石墨烯具有超高的比表面积、高导电性和优异的力学性能，而MOFs则具有大孔隙度、特殊的孔道结构和高度可调性的化学性质。

将二者合并成复合材料，不仅能够发挥各自的优点，还可以在催化、吸附、储能等领域中展示出卓越的性能。

本文将重点探讨石墨烯/MOFs复合材料的制备方法及其吸附性能的研究进展。

二、石墨烯/MOFs复合材料的制备方法制备石墨烯/MOFs复合材料的方法有许多种，常见的有混合法、原位法和化学还原法等。

混合法是将已制备好的石墨烯和MOFs混合，并通过超声处理使其混合均匀。

这种方法简单易行，但由于两种材料之间的界面接触不够紧密，可能影响复合材料的性能。

原位法是在制备石墨烯的过程中，加入MOFs的前体，使MOFs在石墨烯表面形成。

这种方法可以使MOFs与石墨烯之间的界面接触更紧密，提高复合材料的性能。

化学还原法则是将二氧化石墨烯和金属离子一起还原成金属纳米颗粒，形成复合材料。

这种方法制备的材料结构较为复杂，但拥有更好的导电性和可调性。

三、石墨烯/MOFs复合材料的吸附性能研究石墨烯/MOFs复合材料在吸附性能上具有优异的表现，广泛应用于环境污染物的去除、气体分离和储氢等方面。

以环境污染物去除为例，石墨烯/MOFs复合材料具有较大的比表面积和丰富的孔道结构，能够提供更多的吸附活性位点，从而实现对污染物的高效吸附。

同时，石墨烯的导电性能使得复合材料能够通过外加电场的作用，实现对吸附过程的可控和再生。

在气体分离方面，石墨烯/MOFs复合材料的孔道结构可以选择性地吸附不同大小和性质的气体分子，从而实现对混合气体的高效分离。

在储氢方面，石墨烯/MOFs复合材料由于石墨烯的高导电性和MOFs的大孔隙度，可以提供更大的气体吸附容量和较快的吸附速率，从而在储氢材料中具有巨大的应用潜力。

—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力学性能研究石墨烯作为一种新兴的二维材料，因其优异的力学性能和独特的物理化学性质而备受研究者的关注。

石墨烯基复合材料的制备和性能研究是一个热门的研究领域。

本文将介绍石墨烯基复合材料的制备方法及其力学性能研究的相关进展。

1. 制备方法石墨烯基复合材料的制备方法多种多样，下面将介绍几种常用的制备方法。

1.1 石墨烯的氧化还原法石墨烯的氧化还原法制备工艺相对简单，但是会引入一定数量的氧原子和缺陷。

该方法一般是通过将石墨烯氧化成氧化石墨烯，然后再通过还原反应将其还原成石墨烯。

1.2 石墨烯的机械剥离法石墨烯的机械剥离法是通过机械手段将石墨烯层层剥离，从而得到单层或少层石墨烯。

这种方法制备的石墨烯具有高度结晶性和较低的缺陷密度。

1.3 石墨烯的化学气相沉积法石墨烯的化学气相沉积法是将碳源气体通过热解反应在基底上沉积，从而得到石墨烯。

这种方法具有制备速度快、制备规模大等优点。

2. 力学性能研究石墨烯基复合材料的力学性能研究是评价其应用前景的重要指标之一。

2.1 强度和刚度石墨烯具有出色的力学性能，因此制备的石墨烯基复合材料往往具有较高的强度和刚度。

研究者通过拉伸测试、压缩测试等实验方法来评估其力学性能，并与其他材料进行比较。

2.2 韧性和断裂韧度尽管石墨烯具有优异的强度和刚度，但其低韧性限制了其在实际应用中的广泛应用。

研究者通过断裂韧度测试等方法来评估石墨烯基复合材料的韧性，并寻找提高韧性的方法。

2.3 疲劳性能石墨烯基复合材料的疲劳性能是指其在长时间作用力下的力学性能表现。

研究者通过疲劳试验来评估其耐久性和疲劳寿命。

3. 应用前景石墨烯基复合材料具有广泛的应用前景。

例如，在航空航天领域，石墨烯基复合材料可用于制备轻质高强度的结构材料；在电子领域，石墨烯基复合材料可用于制备高性能的导电材料等。

总结:通过石墨烯的制备方法以及力学性能研究，我们可以看出石墨烯基复合材料具有巨大的潜力。

然而，目前仍存在一些挑战，如制备大尺寸石墨烯、提高石墨烯基复合材料的韧性等。

石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体，具有极高的强度、导电性和导热性。

在过去的几年里，石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。

为了进一步发展石墨烯的应用，研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合，形成石墨烯基复合材料。

这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。

本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。

一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。

该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源，使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。

石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行，如铜、镍等。

CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。

2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。

通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物，然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力，将石墨从衬底上剥离，最终得到石墨烯。

这种方法能够制备出大面积的石墨烯，并且使用简便、成本较低。

3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。

首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯，然后通过还原处理，还原为石墨烯。

该方法可以在实验室条件下进行，操作简单方便。

然而，由于氧化石墨烯的导电性较差，所得石墨烯的质量较低。

二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能，其强度和刚度超过大多数材料。

石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。

研究表明，合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。

2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能，可以用作电极材料、导电填料等。

石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色，可以用于制备柔性电子器件、传感器等。

3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K)，石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。

石墨烯能够显著提高基体材料的热导率，因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。