石墨烯/聚合物复合材料的研究进展

周骁卓

（湖南省长沙市明德中学，长沙 410100）

石墨烯/聚合物复合材料的研究进展

周骁卓

（湖南省长沙市明德中学，长沙 410100）

石墨烯/聚合物复合材料属于新型材料，其导热与导电性能非常好，同时具有价格低廉、原料多样等特点，是高性能聚合物复合材料的理想选择。已经在多个领域中得到了广泛的应用，给工业生产带来了一定的便捷。目前石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主要有溶液混合法、原位聚合法和熔融混合法。

石墨烯/聚合物；复合材料；研究进展

对石墨烯的理论研究始于1947年，但真正独立存在的石墨晶体则是于2004年由英国曼彻斯特大学的Geim小组首次制备出来的。石墨烯是由单层碳原子排列而成的二维六边形点阵结构，它是世界上最薄的二维材料，也是组成其他石墨材料的基本单元，具有良好的导电、导热等性能，是高性能聚合物复合材料的理想选择。

1　石墨烯的制备及改性

1.1制备方式

根据石墨烯的制备材料，制备方式可以分为以下几种不同类型：第一，剥离法。就是用石墨作为原料，利用不同层片剥离技术获得石墨烯。第二，直接生长法。即借助碳源在一定条件下合成石墨烯的方法。第三，碳纳米管转换法，就是沿着碳纳米管的轴线切开，展平后获得石墨烯。通过这种方法可以获得尺寸固定、边缘整齐的批量复合材料。第四，氧化还原法。是目前制备石墨烯最常用的方法，即先将石墨氧化成氧化石墨，然后通过超声剥离得到氧化石墨烯，最后再通过还原剂得到石墨烯。

1.2石墨烯的改性

石墨烯表面是惰性的，基本上不会与其他的介质发生相互作用，此外，石墨烯片层有很强的范德华力，所以它既不亲油也不亲水，很难与聚合物复合。为了克服这些缺点，就要对其表面进行共价或非共价的改性，改性后的石墨烯更好地分散到聚合物中，以改善与其他聚合物的相互作用和加工性，使聚合物复合材料的性能得到改善。

2　石墨烯/聚合物复合材料的制备

2.1溶液混合法

溶液混合法需要先制成石墨烯分散液，使之在有机溶剂中稳定分散，再把聚合物分散到溶液中，除去溶剂就制备出了石墨烯/聚合物复合材料。然而该方法因为需要使用有机溶剂，容易对环境造成污染。

2.2原位聚合法

在原位聚合法中，需要石墨烯或改性石墨烯先与聚合体或单体混合，然后放进合适的引发剂，调整好温度和时间，采用热辐射产生聚合，之后就可以完成石墨烯/聚合物复合材料的制备。该方法的优点是聚合物中的颗粒均匀分散，颗粒之间作用力大，有利于应力转移。缺点就是聚合物因为引入石墨烯黏度加大，使得聚合反应更复杂，操作性差。

2.3熔融混合法

熔融混合法需要将石墨烯的混合物与聚合物加热到聚合物的熔点以上，然后利用剪切作用使石墨烯分散，即可制备出石墨烯/聚合物纳米复合材料。因为不需要溶剂，所以此方法更经济、更环保，缺点就是石墨烯在聚合物中不易分散，与界面作用差。

3　石墨烯/聚合物复合材料的性能

3.1导电性

石墨烯因为良好的导电性能、超大的比表面积和在聚合物中的良好导电网络成为极具潜力的导电材料。当聚合物中的石墨烯含量达到渗透值后就形成了导电网络，这样可以迅速提高复合材料的导电率。

3.2导热性

石墨烯的导热性能非常好，因此它又是一种良好的导热填充材料，热能的传导是依靠复合材料中自由电子的相互作用和相邻粒子的振动，因此聚合物与石墨烯有着理想的界面，这就有效保障了石墨烯/聚合物复合材料的导热性。

3.3耐热性

石墨烯能有效提高聚合物复合材料的热降解温度，并具有一定的阻燃功能。这种性能与石墨烯的耐高温性、良好的分散性和高比表面积有着密切的关系，如果石墨烯分散在聚合物较强的界面上，就会对高分子运动产生阻碍，影响其热稳定性。

3.4阻隔性

石墨烯对所有气体分子都具有不透过性。当石墨烯均匀分散于聚合物中，石墨烯片层形成的阻隔网会限制分子在聚合物中扩散，以此提高聚合物的阻隔性。

3.5机械性

石墨烯因为具有超高比表面积、表面粗糙等特点，使它成为制备高强轻质复合材料的理想填充料。添加适量石墨烯可以使复合材料的力学性能得到显著提高，并克服了一般无机原料使用量大，又不能兼顾尺寸稳定与韧性的缺点。因此石墨烯被称为目前世界上强度最高的材料。

4　结语

石墨烯/聚合物复合材料因其优异的性能，已经在生物医学、航空航天以及传感器领域中得到了广泛的应用，相信在研究的深入之下，该材料会得到更为广泛的应用。

［1］ 杨波，唐建国，刘继宪，等.石墨烯/苯丙乳液复合导电膜的制备［J］.涂料工业，2010，（09）：69-70.

［2］ 张琼，贺蕴秋，陈小刚，等.氧化钛/氧化石墨烯复合结构及其光催化性能［J］.科学通报，2010，（07）：391-392.

［3］ 张晓艳，李浩鹏，崔晓莉.TiO2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性［J］.无机化学学报，2009，（11）：132-134.

Progress of Graphene/polymer Composite

ZHOUXiao-zhuo
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Graphene/polymer composite materials are new materials with good thermal and electrical conductivity,and have features of low prices and diverse rawmaterial，are the ideal choice for high-performance polymer composites.It has been widely used in many fields，and has brought a certain convenience for industrial production.Currently preparation methods of graphene/polymer composites are mainly solution mixing，in-situ polymerization and melt mixing.

Graphene/polymer；Composite；Progress

TQ127.1

A

1674-8646（2015）12-0094-02

2015-09-10