氧化石墨烯复合材料的研究进展分析

李芸博（中国石油大学（华东），山东 青岛 266580）

氧化石墨烯复合材料的研究进展分析

李芸博（中国石油大学（华东），山东 青岛 266580）

开展氧化石墨烯复合材料的研究进展分析，具体明确氧化石墨烯复合材料的各项性能，进而实现这一复合材料应用模式的进一步改进，可以为我国的材料制备工程的良好发展奠定稳定的基础和提供强大的推动力。

氧化石墨烯复合材料；新型材料；研究进展

石墨烯是迄今为止唯一被人类发现的二维自由原态晶体，其具有电导性、热导性、硬度性以及强度性等优点，但由于其具有疏水性，因此其应用受到了一定的阻碍，然而氧化石墨烯则解决了这一问题。因此，开展氧化石墨烯复合材料的研究进展分析具有一定的必要性。

1 氧化石墨烯的制备

随着科学技术的不断成熟，氧化石墨烯的制备技术也逐渐的趋向于成熟化。当下被普遍应用的氧化石墨烯制备方法主要为：Brodie法、Staydcmaier法以及Hummers法。

氧化石墨烯的制备，主要是将石墨和强酸以及一定量的强度较高的氧化剂混合在一起。在这三种原料互相反应之后，所形成的固态生成物会产生分阶现象，其中第一阶固态生成物极为石墨化合物。将石墨化合物提取出来，继续与强氧化剂进行反应，便可以得到氧化石墨。将氧化石墨进行超声处理或者是混合水搅拌处理，便可以得到氧化石墨烯。

在传统的氧化石墨烯制备过程中，所应用的强氧化剂主要为高锰酸钾。但是由于高锰酸钾的应用所产生的生成物会对于环境造成一定的污染，因此，当下所应用的强氧化剂普遍为过氧化氢[1]。

2 氧化石墨烯复合材料

2.1 聚合物类氧化石墨烯复合材料

随着科学技术的不断发展，当下的聚合物类氧化石墨烯的制备方法也逐步的呈现出多样性。当下最常见的聚合物类氧化石墨烯复合材料的制备方法为聚合法等。聚合物类氧化石墨烯复合材料的电导性、热导性、硬度性都十分优良。进行对于这一材料的各项性能的研究，可以进一步实现聚合物类氧化石墨烯复合材料的应用优势的有效发挥[2]。

2.1.1复合材料的力学性能

聚合物类氧化石墨烯的单片间的力学相互作用直接决定了这一材料的力学性能，因此，通过改变其单片间力就可以实现聚合物类氧化石墨烯的力学性能的有效提升[3]。

同时应用溶液交换法也可以提高聚合物类氧化石墨烯的力学稳定性，实现了聚合物类氧化石墨烯的韧性、抗拉伸性以及杨氏模量的大幅度提升。根据反复的实验结果可知，壳聚糖基体中的氧化石墨烯可以实现自身的良好的分子分散，进而有效的提升这一复合材料的力学性能，并且相对于传统的聚合物类氧化石墨烯的力学性能的提升方式，壳聚糖基体的应用在增强了提升效果的同时有效的降低了提升成本，因此，具有较强的实用性和较为光明的应用前景。

2.1.2复合材料的电化学性能

单一的导电聚合物所具有的充放电能力并不稳定，不能够真正良好的应用于电容器的制造过程中。然而聚合物类氧化石墨烯则具有着十分理想的电化学性，为电容器的良好制造开辟了新的前景[4]。

应用原位聚合法将氧化石墨烯与导电聚合材料进行混合，并且对于混合材料进行放电作用。可以在有效的保障制备电容器的原材料的高充放电性能和高稳定性的同时，提升了电容器的制备材料的安全性。当下聚合物类氧化石墨烯已经被广泛的应用于电容器制备工作的开展进程中，使得制备电容器的材料的点比容可以高达421.4F/g[5]。

2.1.3复合材料的热学性能

较强的热稳定性也是聚合物类氧化石墨烯所具有的重要优良性能之一。这主要是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键相互配位，进而使得复合材料的自由离子量减少，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员应用共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂为原材料进行聚合物类氧化石墨烯的制备，发现其所得出的聚合物类氧化石墨烯材料，相对于单纯的树脂，其耐热性有了显著的提升，这无疑为耐热材料的良好应用和良好发展奠定了稳定的基础和提供了强大的推动力[6]。

2.1.4复合材料的结晶性能

材料的结晶过程无疑与材料的最终性能和最终应用息息相关。进行氧化石墨烯与结晶材料的相互混合，进而进行材料结晶过程的定向调整，可以有效的实现实现材料的各方面的新能的有效提升[7]。

例如应用DSC法可以有效的发现，氧化石墨烯的负载量在不断的提升的同时，聚合物类氧化石墨烯的结晶现象也得到了有效的缓解。随着温度的不断降低，相比较于原材料，聚合物类氧化石墨烯的结晶速度十分缓慢，同时这一材料的机理和分子结构也没有随着温度的不断降低而发生显著的改变，由此可知部分聚合物类氧化石墨烯的材料可以被广泛的应用于各种低温环境当中，实现耐低温材料的更加全面的应用[8]。

开展聚合物类氧化石墨烯复合材料探究，从聚合物类氧化石墨烯所具有的力学性能优势、电化学性能优势、热学性能优势、结晶性能优势四个角度进行。通过探究可知，当下聚合物类氧化石墨烯由于其综合性能的优异性，已经被广泛的应用于电容器制造、医学用品制造、耐高温型材料制造以及耐低温型材料制造等方方面面当中，且其制造成本相对较低，具有较强的实用性，为现代科学的良好发展奠定了稳定的基础和提供了巨大的推动力[9]。

2.2 无机物类氧化石墨烯复合材料

开展无机物类氧化石墨烯复合材料探究，主要是进行金属氧化石墨烯复合材料探究以及金属氧化物!氧化石墨烯复合材料研究，根据无机物类氧化石墨烯复合材料的特点，主要可以将探究内容总结归纳如下：

2.2.1金属氧化石墨烯复合材料

金属氧化石墨烯复合材料的化学性质稳定，其应用可以有效的降低市场对于贵金属的需求度。

在金属氧化石墨烯复合材料当中，氧化石墨烯与金属原子相互作用，可以产生较为强大的抗菌性，相比较于抗菌性较强的贵金属银，金属氧化石墨烯的抗菌性和离子交换能力也较为理想，并且其应用成本相对来讲也十分的低廉。

金属氧化石墨烯材料的应用同时也具备着较为理想的环保性和无毒性，并且相对于银材料，金属氧化石墨烯材料的物理性质更为优越，因此金属氧化石墨烯材料可以被广泛的投入于生物工程的开展进程中，实现人类医疗水平的进一步的有效的提升。

2.2.2金属氧化物氧化石墨烯复合材料

金属氧化物氧化石墨烯复合材料的应用当下也具有着十分光明的发展前景。相对于原金属氧化物材料，金属氧化物氧化石墨烯复合材料具有十分显著的高电化学性能，并且其疏水性也得到了有效的控制，实现了材料的应用范围的进一步扩张。当下金属氧化物氧化石墨烯复合材料已经被广泛的应用于非酶生物的传感工作中，由于金属氧化物氧化石墨烯复合材料具有较为理想的灵敏性、稳定性。且其应用时间相对较长，引用限制相对较低，因此也被广泛的应用于生物工程的开展进程中。

3 氧化石墨烯的三维复合材料具体探究

当下的三维石墨烯结构主要为石墨烯泡沫、石墨烯海绵、石墨烯气凝胶和石墨烯水凝胶。石墨烯泡沫开始将泡沫镍作为原型进行制备的，石墨烯片层在镍表面不断发展进而具有了一定的独立性，因此，具备了了泡沫镍的三维分子构成。石墨烯海绵的构成也为多孔性，由于其制备模式与石墨烯泡沫存在差异性，在其构成中，一些石墨烯片层横向分布，形成了自身独特的结构体系。这一材料的命名是因为其相像于海绵的循环应用的高效的吸收作用。石墨烯水凝胶和气凝胶通常用溶胶-凝胶法制备，先应用水热等步骤使得氧化石墨烯交互融合构成水凝胶，进而通过冷冻干燥排除水分生成为气凝胶。这些三维石墨烯材料构成和特性不尽相同，但是同时具备强比表面积、低密度，高导电率等共同的特点。因此，它们在吸附、催化、传感、能量转化与储存以及生物医药等领域都具有很好的应用前景。

4 关于氧化石墨烯复合材料的应用展望

当下氧化石墨烯的制造和应用方法也已经逐步的趋向于成熟，例如应用Hummers法制造的三维多孔石墨烯便具备着较强的吸附性，当下被广泛的应用于重金属污染物的处理当中。三维多孔石墨烯的高强度的吸附性以及容纳性，可以实现被污染的水资源的高度有效的情节处理。并且三维多孔石墨烯对于污水中的油脂类污染物也存在着十分理想的吸附作用，并可以实现部分工业油的回收与再利用。

5 结语

综上，通过研究，氧化石墨烯复合材料将真正成功的、广泛的投入医学、化学、物理学、核学等方方面面的应用当中，促使我国的社会和经济的发展获得更加广阔的发展空间和更加光明的发展前景。

[1]邓尧,黄肖容,邬晓龄.氧化石墨烯复合材料的研究进展[J].材料导报,2012,15:84-87.

[2]张伟丽,程珍琪,张玉红等.氧化石墨烯复合材料的种类及性能研究进展[J].胶体与聚合物,2016,01:29-31.

[3]刘金宝,刘益林,陈言伟等.Fe_2O_3与氧化石墨烯复合材料在锂电池中应用研究进展[J].现代化工,2016,05:36-39.

[4]刘冲冲,徐慧,张亚会等.氧化石墨烯及其金属类复合材料的抗菌性能研究进展[J].鲁东大学学报(自然科学版),2016,04: 351-355.

[5]吕生华,李莹,杨文强等.氧化石墨烯/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展[J].材料工程,2016,10:119-128.

[6]马自伟,葛华才.氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的制备及吸附研究进展[J].材料导报,2014,S1:60-63.

[7]钟涛,杨娟,周亚洲等纳米银-氧化石墨烯复合材料抗菌性能研究进展[J].材料导报,2014,S1:64-66+71.

[8]吕生华,朱琳琳,李莹等.氧化石墨烯复合材料的研究现状及进展[J].材料工程,2016,12:107-117.

[9]张文文,刘秀军,李同起等氧化石墨烯/聚合物复合材料的研究进展[J].化工新型材料,2015,01:12-14.

[10]Jia Ma,QiGuo,Hai-Ling Gao,Xue Qin.Synthesis of C60/ Graphene Composite as Electrode in Supercapacitors[J].Fuller⁃enes,Nanotubesand Carbon Nanostructures.2015(6)：12-14