石墨烯在聚合物改性中的研究进展

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展／谢普等　・　１６３　・　

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展　

（１贵州大学材料与冶金学院，贵阳５５０００３；２国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵阳５５００１４；　

３贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵阳５５０００３；４贵州大学林学院，贵阳５５００００）　

摘要　石墨烯是２００４年问世的一种具有单层二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，也是性能优异的新型纳米　

复合材料填料。介绍了石墨烯的结构、制备方法；重点论述了石墨烯表面接枝以及聚合物基／石墨烯复合材料制备的　

研究进展，认为利用石墨烯的高强度、高导电率等优异性能可以赋予聚合物更加优异的特性。　

关键词　石墨烯接枝聚合物纳米复合材料　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｏｄｉｆｙ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｅｎｅ　ａｎｄ　

Ｐｏｌｙｍｅｒｓ／Ｇｒａｐｈｅｎｅ　Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

ＸＩＥ　Ｐｕ　，。，ｕ，ＬＵ　Ｑｉｎｇ。，ＷＡＮＧ　Ｌｉ’ｅ　一，ＹＵ　Ｊｉｅ　，ＬＵＯ　Ｚｈｕ　，ＨＵＡＮＧ　Ｈａｏ　，　

ＸＵ　Ｇｕｏｙａｎｇ　，ＤＥＮＧ　Ｑｉｎｇ４，ＱＩＮ　Ｊｕｎ　’。　

（１　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３；２　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　

Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００１４；３　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｋａｒｓｔ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｏｅｏｈａｚａｒｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　

Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３；４　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００００）　

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展

1. 引言

1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究背景

石墨烯是一种二维晶格结构的碳原子薄膜，由于其独特的物理、化学和力学性质，被认为是一种具有巨大潜力的新型材料。石墨烯具有极高的导热性、机械强度和化学稳定性，因此在材料科学领域备受关注。

铝及其合金由于具有较低的密度和良好的加工性能，在航空航天、汽车工业等领域有着广泛的应用。传统铝材料在强度和硬度方面存在一定局限性。

为了克服传统铝材料的缺点，研究者们开始探索引入石墨烯来增强铝基复合材料。石墨烯的加入不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以优化其导热和电导特性。石墨烯增强铝基复合材料成为当前研究的热点之一。

通过将石墨烯与铝基材料进行复合，可以有效提高材料的强度、硬度和耐磨性，同时减轻材料的重量，提高材料的导热性能。石墨烯增强铝基复合材料被认为具有广阔的应用前景，对于推动材料科学领域的发展具有重要意义。【字数：220】

1.2 石墨烯在材料科学中的应用潜力 1. 电子器件：石墨烯具有优异的电子输运性能，高载流子迁移率和高电导率，使其成为理想的电子器件材料。石墨烯可以应用于场效应晶体管、光电探测器、透明导电膜等领域，为电子器件的性能提升提供了新的可能性。

3. 柔性电子：由于石墨烯的柔韧性和透明性，可将其应用于柔性电子领域，如柔性显示器、柔性传感器、可穿戴设备等。石墨烯材料的应用为柔性电子产品带来了更广阔的发展空间。

石墨烯在材料科学中的应用潜力巨大，其优异的性能和特殊的结构使得其可以在多个领域发挥重要作用，推动材料科学的发展和创新。对石墨烯的研究不仅有助于拓展其应用领域，还将促进整个材料科学领域的进步和发展。

2. 正文

2.1 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、粉末冶金、湿法涂覆、化学气相沉积以及熔体混合等几种方法。

石墨烯在环氧树脂中的应用

石墨烯的简介

石墨是碳单质的同素异形体，碳元素的神奇的六号元素，碳单质同素异形体从最硬到极软，从全吸收到全透光，绝缘体到半导体到导体，绝热到良导热，而石墨烯就是单原子层的石墨。

石墨烯增强树脂机理

石墨烯具有很大的表比面积，加上石墨烯的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使石墨烯变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。官能团化石墨烯表面含有羟基，羧基等化学基团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。

石墨烯在环氧树脂中的应用——导电性

改性的石墨烯于环氧树脂复合，加入2%的改性石墨烯，环氧复合材料的储能模量增大113%，加入4%是，强度增大38%。纯EP树脂的电阻为10^17欧姆.厘米，添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。

石墨烯在环氧树脂中的应用——导热性

将碳纳米管、石墨烯加到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 20 vol% GNPs, 复合材料的导热系数可达7.3W/mK.

石墨烯在环氧树脂中的应用——阻燃性

当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯时阻燃值提高23.7%，加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高43.9%。

石墨烯导热塑料的优势

石墨烯导热塑料容易加工、成型耗费能源少、密度适中做出产品轻巧、可降解对环境污染小、加工可自动化高效、颜色丰富任意调整、仓库运输成本大量降低、不易碰撞变形、可绝缘不易造成安全隐患，散热均匀。

环氧树脂的种类

1. 缩水甘油醚型树脂缩水2.缩水甘油脂型树脂 3.缩水甘油胺型树脂 4.脂环族环氧化合物 5.线状脂肪族环氧化合物。

环氧树脂的用途

环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。

石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展

燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳

【摘 要】石墨烯以其优异力学、物理性能以及独特二维结构成为铝基复合材料的理想纳米增强相.金属基纳米复合材料制备技术快速发展,促进了石墨烯增强铝基纳米复合材料在结构和功能材料领域中的广泛研究.石墨烯在铝基体中的分散以及石墨烯/铝的界面控制问题具有重要科学研究和工程应用价值.重点介绍石墨烯增强铝基纳米复合材料最新研究进展,主要包括石墨烯增强铝基纳米复合材料的分散和冶金成型技术及其结构表征和力学性能研究.实验表明石墨烯能够显著提高铝基体力学性能,但作者认为通过优化工艺参数、改善微观结构和控制结合界面能够进一步优化材料性能.此外,为实现工程应用,还需加强石墨烯增强铝基复合材料的腐蚀性能和热、电性等物理性能研究,并突破材料的低成本、大规模制备技术.本文还基于石墨烯独特二维结构和表面状态,对石墨烯的增强增韧机制进行了深入讨论.

【期刊名称】《航空材料学报》

【年(卷),期】2016(036)003

【总页数】14页(P57-70)

【关键词】石墨烯;铝基纳米复合材料;制备工艺;力学性能;分散工艺;界面结合;增强机制

【作 者】燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳

【作者单位】北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095