石墨烯导电高分子复合材料研究进展_武涛

武涛 等?石墨烯导电高分子复合材料研究进展

石墨烯导电高分子复合材料

研究进展

Progress in graphene conductive polymer

composites

武涛，汤颖颖，王经逸，贾红兵*

（南京理工大学 教育部软化学和功能材料重点实验室，江苏 南京 210094）

摘要：本文综述了有关填充型导电高分子复合材料的研究进展及其应用，重点介绍并比较了石墨烯/聚合物导电高分子复合材料的制备方法，讨论了石墨烯的功能化改性处理。

关键词：石墨烯；导电高分子；制备方法；改性

中图分类号：TB383.1 文章编号：1009-797X （2014）02-0001-06 文献标识码：B

作者简介：武涛(1990-)，男，南京理工大学高分子材料专业硕士。

收稿日期：2013-09-17*为通讯联系人。

导电高分子复合材料自1977年被发现以 来[1]，得到了科学家的广泛关注。导电高分子材料按自身结构和制备方法不同可分为结构型（本征型）和复合型两大类，其中复合型导电高分子材料因其制备工艺简便，性能优越，具有较强的实用性而受到工业界更为广泛的关注。目前制备导电高分子复合材料的填料主要有碳系材料和金属系材料两大类，碳系材料中的炭黑、石墨、碳纳米管多年来凭借其优异性能而得到广泛应用，近年来石墨烯凭借其优良的导电导热性能及优异的机械特性而得到更广泛的研究。本文对石墨烯导电高分子复合材料研究进展进行综述。

1 石墨烯简介

自2004年石墨烯（G r a p h e n e ，G r ）被英国曼彻斯特大学两位科学家A n d r e w G e i m 和K o n s t a n t i n N o v o s e l o v [2]

用一种简单的胶带剥

离方法首次制得后，石墨烯便成为科学家研究

的新宠。

G r 是一种由单层碳原子紧密堆积排列具有二维蜂窝状结构的新材料[3]，厚度只有原子直径

大小（约为0.35 nm ），是目前世界上已知的最薄的二维材料[4]。在石墨烯中，相邻两个碳原子以共价键结合，每个碳原子发生s p 2杂化，这使得每个碳原子剩余的p 轨道上都有一个电子，这些电子之间相互作用，在石墨烯垂直平面上形成一个无穷大的离域大π键， 在这个大π键中电子可自由移动，这就使得石墨烯电导率能高达到106 s /m [5]。石墨烯独特的结构特征，使其在能源电池[6~8]、电容导体[9~11]、传感原器件[12]、吸波材料[13]、防腐材料[14]等领域有十分广泛的应用前景。以石墨烯为填料可大大改善聚合物的导电、导热及力学性能。

目前，制备石墨烯的方法主要有化学还原法及物理剥离法。物理剥离法是通过超声剥离等机械手段对石墨进行剥离以得到片层石墨烯。化学还原法中应用比较广泛的是利用H u m m e r s 法：先将石墨氧化成氧化石墨（G O ），然后将G O 通过还原剂（如水合肼、

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硼氢化钠等）还原成G r。除了以上较基本的两种途径外，还有电泳沉淀法[15]、碳管转换法[16]等新颖的方法来制备高导电性能的Gr。

2石墨烯/聚合物导电复合材料的制备方法

制备G r/聚合物导电复合材料最重要的是提高石墨烯在聚合物基体中的分散程度，这是因为G r的比表面积很大，片层之间较强的范德华力使得其极易团聚[17]。所以通常要采用机械搅拌、超声分离和加入表面活性剂对G r表面进行修饰等方法来提高G r在聚合物基体中的分散性。从G r与聚合物基体的相互作用的本质上来看，上述方法可分为物理混合和化学复合两类。本文中主要介绍熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法、原位还原法以及聚合物插层法。

2.1 熔融共混法

熔融共混法通常是将G O经过剥离及还原制成G r，然后将G r加入到粘流状态的聚合物基体中，通过密炼、挤出、注塑和吹塑成型制得复合材料。

洪江彬等[18]以聚碳酸酯（P C）为基体材料，采用熔融共混法制备了G r微片/P C、炭黑/ PC、Gr微片母料/PC导电复合材料，并研究不同导电填料对导电性能的影响。结果表明，通过控制加工工艺可以有效避免Gr微片结构在熔融加工过程中的破坏，使得Gr能均匀分散在基体中，同时复合材料电导率能达到1.2×10?4s/c m，G r微片母料导电复合材料渗滤阀值约为3%（体积分数）。

Ya n等[19]将体积分数为1.38%的G r和聚苯胺12（PA12）熔融共混，成功制得高导电性的G r/PA12二元纳米复合材料，纯PA12材料的电导率为2.8×10?14s/m，研究表明G r/PA12复合材料的电导率迅速增加到6.7×10?2 s/m，同时其渗滤阀值仅为0.3%（体积分数）。

熔融共混法要使各组分混合均匀，复合体系就必须进行混合，但如果混合温度过高就会破坏G r填料在体系中的分布、结构及取向，从而影响复合材料的导电性能，所以必须严格控制混合工艺的条件。同时为了保持导电复合材料的结构完整，在挤出时受应力要足够小，剪切速度要尽可能低，因此使用熔融共混法时选择合适的混炼工艺是十分重要的。

2.2 溶液共混法

溶液共混法通常是将G r稳定的分散在有机溶剂中，然后将聚合物基体加入到G r分散液中；也有将聚合物基体分散于有机溶剂中，再向分散液中加入G r。再通过机械搅拌、超声分散以及冷冻干燥等技术制得G r/聚合物导电复合材料。一般来说，采用溶液共混法制得的导电复合材料的导电性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比较熔融共混法，溶液共混法通过机械搅拌或超声分散等一些物理手段能将石墨烯更均匀地分散于聚合物基体中。

A h m e d S.Wa j i d等[20]通过将聚乙烯基吡咯烷酮（P V P）分别溶于乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、二甲亚砜中，然后将膨胀石墨加入到P V P溶液中，室温下通过超声处理直接将膨胀石墨剥离成片层G r，通过离心、冷冻干燥处理验证了P V P的存在有利于石墨烯在溶剂中的分散，同时对G r/P V P复合材料的导电性能进行分析，发现G r体积分数为0.27%时电导率比纯PVP材料提升了7个数量级。

P a n g等[21]在200℃下制备溶剂为水/乙醇具有隔离结构的G r/超高分子量聚乙烯纳米复合材料，其电导率从10?8s/m（G r体积分数为0.06%）增加到0.076s/m（G r体积分数为0.15%），渗滤阀值仅为0.070%（体积分数）。

2.3 原位聚合法

所谓原位聚合法就是将G r与聚合物单体混合，然后通过加入引发剂等方法使单体聚合，最后制得G r/聚合物复合材料。这种方法可以较为显著地增强G r与基体之间的相互作用，对电导率的提高有一定的作用。原位聚合法可一定程度上在G r和聚合物基体间引入化学键，这些化学键的引入对导电复合材料的导电、导热及机械性能都是有帮助的。

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S u m a n t a等[22]以过硫酸铵（A P S）为引发剂，将聚吡咯（P P y）和聚苯胺（PA I N）单体加入到G r/改性G r分散液中进行聚合反应，制得G r（改性G r）/P P y复合材料，以及G r（改性G r）/PA I N复合材料，其中采用了十六烷基三甲基溴化铵（C TA B）对G r进行改性。通过对这两类复合材料的导电性能测试发现改性G r/ PAIN的电导率达到了8.12 s/cm，大于聚苯乙烯磺酸钠（PSS）改性Gr/PAIN的电导率（其值为4.96 s/cm）[23]。通过以上可看出通过原位聚合法制备G r/聚合物复合材料过程中加入的表面活性剂不同对复合材料的导电性能有较大影响。

2.4 原位还原法

原位还原法实际上是利用G O易分散于溶剂中的性能，先将分散于溶剂中的G O加到聚合物基体分散液中，通过充分的搅拌、超声振荡等手段将G O与聚合物基体充分混合均匀，然后加入还原剂（如水合肼）对G O进行充分还原，将反应产物进行干燥即得到G r/聚合物复合材料。这与前三种方法相比，此法能将G r均匀地分散于基体中，因此研究较为广泛。

L o n g等[24]将G O吸附在聚苯乙烯（P S）表面，制成G O/P S微球，再用维生素C对微球上GO进行还原处理，最后在200 ℃将Gr/PS热压成型制得所需的复合材料。通过对复合材料的导电性能进行测试发现电导率达到了20.5 s/m，渗滤阀值仅为0.08%（体积分数）。

V i e t等[25]将G O与聚甲基丙烯酸甲酯（P M M A）乳液混合均匀，在80℃下加入水合肼对G O还原处理3h制得G r/P M M A聚合物，通过研究发现在G r含量为2.7%（体积分数）时电导率达到64s/m，渗滤阀值为0.18%（体积分数）。

原位还原法的缺点就是G O的还原程度问题，其中还原剂的选择、还原温度及还原时间的设定都会对复合材料的导电性能产生较大的影响。现在较常用还原剂主要是水合肼、硼氢化钠等，其他一些如维生素C[26]、L-抗坏血酸[27]等也相继被研究使用。2.5 聚合物插层法

聚合物插层法是指通过机械剪切力或溶剂作用将聚合物分子插入到G r片层中去，从而得到G r/聚合物复合材料。通过这种方法制得的复合材料中聚合物分子与G r之间的相互作用更加显著，因次通过此法能更加提升材料的各方面性能。

S t a n k o v i c h等[28]先用异氰酸苯酯对G O进行改性处理，将处理后的G O与P S在极性非质子溶剂二甲基甲酰胺（D M F）中进行超声混合处理，并用水合肼进行化学还原，然后将所得样品烘干并热压成型，制得Gr/PS导电复合材料。通过研究发现G r的加入使复合材料的导电导热性能明显增强，其导电性能与碳纳米管复合材料相当，复合材料的渗滤阀值为0.1%（体积分数），导电率能达到0.1～1 s/m。Ramanathan等[29]将片层G r分别插层填充入P M M A、聚丙烯晴（PA N）两种基体中制得导电复合材料，结果表明复合材料的导电性能得到显著的增强。

目前对于聚合物插层法制备G r/聚合物导电复合材料的文献报道仍不是很多，因此此方法仍需要更多的研究。

3 石墨烯的功能化改性处理

在制备石墨烯/聚合物导电复合材料的过程中都会涉及到一个重要的问题，就是石墨烯与聚合物基体和溶剂的相容性。由于石墨烯片层间较强的范德华力使得其十分容易团聚，同时结构相对完整的石墨烯化学稳定性高，与其他介质的相互作用弱，因此纯石墨烯在有机溶剂或是聚合物基体中的分散性差，这就导致复合材料的导电性较低。为了提高其分散性，必须对石墨烯进行有效的功能化改性，引入一些特定的官能团，这样不仅可以提高石墨烯的分散性，同时引入的官能团还能赋予石墨烯一些其他的性质，拓宽了其应用领域。对石墨烯进行功能化改性处理的方法有两种：共价键改性和非共价键改性。非共价键改性依赖于π-π相互作用、氢键等分子间较弱的相互作用力，易被破坏。而共价键改性引入化学键，不易被破

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坏，因此得到更广泛的研究。

3.1 共价键改性石墨烯

石墨烯的共价键功能化改性主要是通过石墨烯或石墨烯衍生物（如G O）进行多种化学反应，将有机高分子或小分子基团通过共价键与石墨烯片层相连接。根据合成前驱体的种类，共价键改性可分为G O的共价键修饰和非G O的共价键修饰。根据合成方法的不同可分为向石墨烯接枝法（g r a f t-o n t o）和从石墨烯接枝法（graft-from）。

3.1.1 氧化石墨烯的共价键修饰

通过H u m m e r s法制备G O引入各种含氧官能团，并且可以通过其他化学反应将这些含氧官能团转化为多种其他官能团，从而可以达到石墨烯与聚合物基体的成功复合。Wa n g等[30]通过G O上环氧官能团的开环反应，用十八胺（O D A）对石墨烯单片层进行修饰，修饰后的石墨烯能稳定地分散在有机溶剂中，同时石墨烯的性质未发生改变。

在G O的共价键修饰中，向石墨烯接枝法（g r a f t-o n t o）和从石墨烯接枝法（g r a f t-f r o m）这两种方法是较常见的。前者首先合成末端带有高活性官能团的高分子链，然后通过偶联反应直接接枝到G O上，S a l a v a g i o n e等[31]通过酯化反应将聚乙烯醇（P VA）与氧化石墨烯边缘的羟基相连接，发现P VA的规整度对偶联反应的活性是有影响的，并且讨论了该复合材料的热稳定性及结晶性。X u等[32]采用原位聚合法制备石墨烯/尼龙-6（PA6）复合材料，在发生原位聚合反应的过程中，聚合物与G O羧基官能团发生偶联作用，同时改性G O的还原也在进行中，通过研究发现PA6的接枝含量达到78%（质量分数）时，改性的石墨烯能稳定分散在PA6中。

向石墨烯接枝法的优点是接枝之前可对聚合物结构进行充分的表征，对接枝聚合物的结构能够精确可控。缺点主要是反应条件苛刻以及由于位阻效应导致的石墨烯表面接枝率低。

而从石墨烯接枝法（g r a f t-f r o m）则是在G O上引入所需要的可进一步修饰的官能团，通过对这些官能团的修饰，再从G O上原位引发聚合。S h e n等[33]首次采用原位自由基共聚的方法制备了具有双亲性聚合物功能化的石墨烯。他们首先通过化学氧化及超声分离制备G O分散液，然后用硼氢化钠还原G O制备结构相对较完整的石墨烯。接下来，在自由基引发剂过氧化二苯甲酰（B P O）作用下，采用丙烯酰胺和苯乙烯与石墨烯进行化学共聚反应，获得聚苯乙烯-b-聚丙烯酰胺（P S-b-PA M）嵌段共聚物改性的石墨烯。因为聚苯乙烯和聚丙烯酰胺分别在极性溶剂和非极性溶剂中具有良好的溶解性，使得改性石墨烯既能分散于水中，也能分散于二甲苯中，该方法很好的改善了石墨烯在溶剂中的分散性。

3.1.2 非氧化石墨烯的共价键修饰

G O以及由其还原制备的石墨烯的导电性都是远小于完整的石墨烯，因此需要选择新的制备方法来获得导电性好且可加工的石墨烯复合材料。通过非氧化还原法能得到表面少缺陷或无缺陷的非氧化石墨烯（制备过程未经过氧化还原过程）。与氧化还原法制备的石墨烯相比，这种石墨烯表面晶格完整，具有较高的导电性能。

非氧化石墨烯获得的最常用方法是直接剥离法。Hamilton等[34]将高定向热解石墨（HOPG）在邻二氯苯（ODCB）中进行超声离心处理，得到在有机溶剂中分散良好的石墨烯，通过研究发现石墨烯溶度可以达到0.03m g/m L，得到的石墨烯平均厚度在7~10 nm间，其中最薄的小于1 nm，其宽度在100~500 nm间，得到片层石墨烯即可对其表面进行非氧化的共价键修饰。

3.2 非共价键改性石墨烯

非共价键功能化改性是指利用π-π相互作用、物理共混、氢键及离子键等非共价键相互作用，促使修饰分子对石墨烯表面进行功能化改性，形成稳定的分散体系的改性方法。非共价键的功能化改性常常应用于制备石墨烯与其他物质的杂化体系中，例如与聚合物、金属、

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DNA和氧化物等。

D r e y e r等[35]利用异氰酸酯改性G O，分散在P S中，还原后得到石墨烯/P S导电复合材料，研究发现在添加1%（体积分数）石墨烯时，常温下PS的电导率能达到0.1 s/m。同时石墨烯的加入降低了P S的渗滤阀值。L i等[36]利用有大π共轭结构的聚乙炔类高分子P m P V与石墨烯间产生π-π相互作用，制备了P m P V改性的石墨烯,在有机溶剂中有较好的分散性。P a t i l等[37]采用化学氧化的方法制备G O，加入新解螺旋的单链D N A，然后用肼类还原，利用D N A与石墨烯间的氢键及静电作用，制备了天然高分子非共价键修饰的石墨烯。该复合材料水溶液的溶度可达到0.5~2.5 mg/mL,能稳定存在较长时间。

4 石墨烯/聚合物导电复合材料的应用

石墨烯/聚合物导电复合材料可用作太阳能电池、超级电容器、传感器等等，同时由于石墨烯的纳米微粒特性可用作吸波材料[13]及防腐涂料[14]。

石墨烯/聚合物导电复合材料的电导率与其使用环境（如温度、湿度、气体浓度等）、填料浓度等相关，因此可将导电复合材料用作温度或浓度的敏感传感器。改变复合材料中石墨烯填料的浓度可以制备适用于任何条件下的高电流或温度传感器。

利用石墨烯/聚合物导电复合材料的相对密度小、电导率较大以及比表面积大等特点可用作电池的电极材料。比如将聚丙烯晴基体中石墨烯作为一种3D纳米电流收集器，充当电子导电基质以及作为载流框架可以生产一种很有前途的L i-S电池[8]。利用石墨烯高比表面积、优异的热响应及良好电子/空穴传输能力等特点与聚合物基体复合后可制备对环境有利的有机太阳能电池[6~7]。

与传统金属导电材料相比，石墨烯/聚合物导电复合材料作为优良导体有许多出众的特点,例如电导率可调及电导性好、耐腐蚀、加工性强、柔韧性好等。现在导电性能很好的导电薄膜[38~39]已经被研制出，同时由于其制备工艺的简便，相信会得到大量的应用。石墨烯/聚合物导电复合材料作为超级电容器[9~11]具有高比容量和高电容的特点，而缺点是在高相对速度下传递高能量对电容器本身的损耗，超级电容器的循环使用次数少，在这方面依然需要做大量的工作。

5 结语

石墨烯/聚合物导电复合材料在实际应用及理论研究中都有重大的意义，在某些领域石墨烯/聚合物导电复合材料扮演着更加重要的角色，但真正实现石墨烯/聚合物导电复合材料的工业化生产还需要解决一些问题：首先是改进复合材料的制备方法，改善石墨烯在聚合物基体中的分散状态，确定其在得到较好导电性能的同时降低其渗滤阀值，尽可能的使复合材料的导电导热性能及力学性能得到最优化的结合，对石墨烯进行化学改性能提高其在基体中的分散性，但改性剂对复合材料导电性能及力学性能有怎样的影响还需进行更深层次的研究。其次，石墨烯填料在导电高分子材料具体的导电机理如何，石墨烯与聚合物基体之间的相互作用机理等尚未有十分明确的解释，仍需进行大量的研究。

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（下接10页）

2.6发热功率及使用寿命

电阻式加热圈由于电阻丝发热，发热功率较小，其加热温度可至300℃左右，如需要更高的温度时，则需将表面功率密度加大，这样就会使电阻丝在高温下快速老化而烧断，所以电阻式加热圈需要不定期的更换，使用寿命大约为6个月。电磁感应加热圈特点就是只在被感应的金属内部才产生高温，而加热圈本体的温度很低，自身的电损耗很小，所以即使发热功率很大时也不会影响加热圈的使用寿命，但由于注塑机的料筒都有多个加热区，每个加热区都分别配置加热圈和电磁感应控制器，故料筒上缠绕着多个电磁线圈，当流过电磁线圈的电流发生变化时，变化的磁通量会使线圈产生感应电动势，也就是自感电动势，且相邻的两个电磁线圈之间也存在互感电动势，自感电动势与互感电动势的存在，直接造成控制器的同步电路紊乱，电磁感应控制器经常烧坏，使用寿命一般在1年左右。红外电热圈发热功率与电阻式相同，但其使用寿命为2年左右。3 小结

综上所述，注塑机领域内常用的加热圈各有其优缺点，而节能减排、绿色发展又是当今世界的主旋律，注塑机的电加热技术也迎来了一个发展的重大契机，合理运用不同种类的电热圈，可以达到降低能耗，节约生产成本的目的，进一步提高企业的市场竞争力。

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Progress in graphene conductive polymer composites

Wu Tao, Tang Yingying, Wang Jingyi, Jia Hongbing

(Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials of Ministry of Education, NJUST, Nanjing 210094,

Jiangsu, China)

Abstract: This paper reviews the research progress and applications of filled conductive polymer composites, focuses on the preparation method of graphene / polymer conductive polymer composites, discusses the functional modification of graphene.

Key words: graphene; conductive polymer; preparation methods; modification

导电高分子

导电高分子材料的介绍及研究进展 高分子091 5701109015 李涛 摘要：导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展。 关键词：导电高分子机理理论研究进展 一、背景及意义 高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。这是第一个导电的高分子材料。以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。 经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展，但离实际大规模应用还有一定的距离。这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。 二、导电高分子材料分类及导电机理

高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类： ①复合型高分子导电材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites)是指经物理改性后具有导电性的高分子复合材料，它以非导电型高分子材料为基体，加入一定数量的导电材料(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。复合方法主要有两种，一种是对已经成型的塑料壳体进行表面处理的表面导电膜形成法，包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等；另一种称为导电填料机械加工共混复合法，即将导电填料均匀分散于聚合物基体中制成导电涂料或导电塑料。 复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成，以及回路形成后如何导电两个方面。部分科学家认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。复合型导电高分子形成导电回路后，导电性主要取决于分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子传输。总的说来，其导电性能主要是三种导电机理(导电通道效应、隧道效应、场致效应)相互竞争的作用。在不同情况下出现以其中一种机理为主导

石墨烯聚乳酸复合材料

Preparation of Polylactide/Graphene Composites From Liquid-Phase Exfoliated Graphite Sheets Xianye Li,1Yinghong Xiao,2Anne Bergeret,3Marc Longerey,3Jianfei Che1 1Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094,China 2Jiangsu Collaborative Innovation Center of Biomedical Functional Materials,Jiangsu Key Laboratory of Biomedical Materials,College of Chemistry and Materials Science,Nanjing Normal University, Nanjing210046,China 3Materials Center,Ales School of Mines,30319Ales Cedex,France Polylactide(PLA)/graphene nanocomposites were pre-pared by a facile and low-cost method of solution-blending of PLA with liquid-phase exfoliated graphene using chloroform as a mutual solvent.Transmission electron microscopy(TEM)was used to observe the structure and morphology of the exfoliated graphene. The dispersion of graphene in PLA matrix was exam-ined by scanning electron microscope,X-ray diffrac-tion,and TEM.FTIR spectrum and the relatively low I D/I G ratio in Raman spectroscopy indicate that the structure of graphene sheets(GSs)is intact and can act as good reinforcement fillers in PLA matrix.Ther-mogravimetric analysis and dynamic mechanical analy-sis reveal that the addition of GSs greatly improves the thermal stability of PLA/GSs nanocomposites.More-over,tensile strength of PLA/GSs nanocomposites is much higher than that of PLA homopolymer,increasing from36.64(pure PLA)up to51.14MPa(PLA/GSs-1.0). https://www.sodocs.net/doc/c82923976.html,POS.,35:396–403,2014.V C2013Society of Plastics Engineers INTRODUCTION Polylactide(PLA),a renewable,sustainable,biode-gradable,and eco-friendly thermoplastic polyester,has balanced properties of mechanical strength[1],thermal plasticity[2],and compostibility for short-term commod-ity applications[3,4].It is currently considered as a promising polymer for various end-use applications for disposable and degradable plastic products[5–8].Never-theless,improvement in thermal and mechanical proper-ties of PLA is still needed to pursue commercial success. To achieve high performance of PLA,many studies on PLA-based nanocomposites have been performed by incorporating nanoparticles,such as clays[9,10],carbon nanotubes[11–13],and hydroxyapatite[14].However, research on PLA-based nanocomposites containing gra-phene sheets(GSs)or graphite nanoplatelets has just started[15–17].GSs exhibit unique structural features and physical properties.It has been known that GSs have excellent mechanical strength(Young’s modulus of1,060 GPa)[18],electrical conductivity of104S/cm[19],high specific surface area of2,630m2/g[20],and thermal sta-bility[21].Polymer nanocomposites based on graphene show substantial property enhancement at much lower fil-ler loadings than polymer composites with conventional micron-scale fillers,such as glass[22]or carbon fibers [23],which ultimately results in lower filler ratio and simple processing.Moreover,the multifunctional property enhancement of nanocomposites may create new applica-tions of polymers. However,the incorporation of graphene into PLA matrix is restricted by cost and yield.Although the weak interactions that hold GSs together in graphite allow them to slide readily over each other,the numerous weak bonds make it difficult to separate GSs homogeneously in sol-vents and polymer matrices[24].Many methods have been reported for exfoliation of graphite,such as interca-lation with alkali metals[25]or oxidation in strong acidic conditions[26–29].Recently,exfoliation of graphite in liquid-phase was found to be able to give oxide-free GSs with high quality and yield at relatively low cost[30–35]. Correspondence to:Y.H.Xiao;e-mail:yhxiao@https://www.sodocs.net/doc/c82923976.html, or J.F.Che; e-mail:xiaoche@https://www.sodocs.net/doc/c82923976.html, Contract grant sponsor:Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China;contract grant number: 20123219110010;contract grant sponsor:Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China;contract grant number:BK2012845;contract grant sponsors:Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD),contract grant sponsor:Financial support for short visit from Ales School of Mines,France. DOI10.1002/pc.22673 Published online in Wiley Online Library(https://www.sodocs.net/doc/c82923976.html,). V C2013Society of Plastics Engineers POLYMER COMPOSITES—2014

导电高分子

1. 概述 1.1 导电高分子的基本概念 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德和日本科学家 白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。 导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。 通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率）和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设计性，可加工性和密度小等特点。为此，从广义的角度来看，导电高分子可归为功能高分子的范畴。 导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前景。导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、物理性能以及应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化的方向迈进。本章主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。 迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω-1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1·cm-1） 目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料，都已获得成功。 但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚不普遍，关键的技术问题在于大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减。此外，导电高分子的加工性往往不

水热合成Fe2O3石墨烯纳米复合材料及其电化学性能研究

常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期：2012-09-05 作者简介：季红梅（1982—），女，江苏启东人，讲师，工学硕士，研究方向：无机功能材料．水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1，于湧涛2，王露1，王静1，杨刚1 （1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；2.吉林石化公司研究院，吉林吉林132021） 摘要：利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯（RGO ）锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明，180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中，初始放电比容量为1023.6mAh/g （电流密度为40mA/g ），电流密度增加到800mA/g 时，放电比容量维持在406.6 mAh/g ，大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词：Fe 2O 3；石墨烯；负极材料中图分类号：TM911文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2012）10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后，金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物，理论容量为1005mAh/g ，远高于石墨类材料的理论比容量，已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来，石墨烯由于其高的电传导性，大的比表面积，良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合，提升材料的电化学性能.比如，Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料，改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4，Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究，本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料，并研究了其电化学性能，合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境，并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺（C 6H 12N 2）；无水三氯化铁（FeCl 3）；石墨；硝酸钠（NaNO 3）；浓硫酸（H 2SO 4）；高锰酸钾（KMnO 4）；双氧水（H 2O 2）和盐酸（HCl ），以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜；日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪；德国Bruker Vector 22红外光谱仪；日本JEOL-2000CX 透射电镜；美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪；LAND 电池

石墨烯复合材料

石墨烯复合材料 石墨烯是单层碳原子通过sp2杂化形成的蜂窝点阵结构，属于二维原子晶体，此独特的空间结构，给石墨烯带来了优异的电学、力学、热学和比表面积大等性质。但是二维石墨烯由于片层之间具有较强的π-π作用和范德华力，使得石墨烯容易聚集形成石墨，限制了石墨烯在各个领域中的应用。因此，为了防止石墨烯的聚集和拓展石墨烯的应用，科研工作者将石墨烯与高分子或者无机纳米粒子进行复合，从而得到具有优异性能的复合材料。石墨烯的复合材料具有化学稳定性高、比表面积大，易回收等特点，在环境治理方面受到了科学家的青睐。 一、石墨烯复合材料的分类和制备 1、石墨烯-高分子复合材料 石墨烯-高分子复合材料，石墨烯的独特的结构和性能，对于改善高分子的导电性、热性能和吸附能力等方面有非常大的应用价值。制备石墨烯-高分复合材料最直接的方法是将高分子溶液与石墨烯的溶液混合，其中高分子和填充物在溶剂中的溶解能力是保证最佳分散度的重要因素。因此，在溶液混合时，可以将石墨基质表面功能化来提高它在多种溶剂中的溶解度。例如，异氰酸

苯酯修饰的GO在在聚苯乙烯的DMF溶液中表现出了较好的溶解度。 2、石墨烯-无机纳米粒子复合材料 无机纳米粒子存在着易于团簇的问题，并且选择合适的载体也是其广泛应用需要解决的问题。石墨烯具有多种优异的性能，并且具有较大的比表面积，可以成为无机纳米材料的载体。无机纳米粒子可以将易于团簇的石墨烯片层分开，防止团簇，从而两者形成石墨烯-无机纳米粒子新型的复合材料，这些材料广泛的应用于检测、催化和气体存储等方面。目前已报道的有负载的金属纳米粒子Ag、Au、氧化物纳米粒子ZnO和Fe3O4等。 3、其它石墨烯复合材料 石墨烯不仅仅可以和高分子、无机纳米材料复合，还可以同时结合高分子、纳米粒子和碳基材料中的一种或者两种，形成多元的含有石墨烯的复合材料。这类材料具有多功能性，用于超级电容器或者传感器等。 二、石墨烯复合材料在水治理的应用 1、吸附作用 碳材料中活性碳和碳纳米管被广泛的应用于水净化领域，将石墨烯与其它化合物进行复合，这些复合材料在吸附污染物上有非常高的效率，可以应用于染料、多芳香环烃和汽油的吸附。比如利用磁性-壳聚糖-石墨烯的复合材料可以大大提高去除溶液中的亚甲基蓝的效率，吸附能力达到

导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势(精)

导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势 熊伟 武汉纺织大学化工学院 摘要:与传统导电材料相比较 , 导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。 关键字:导电高分子分类制备现状 Abstract : Compared with conventional conductive materials, conductive polymer material has many unique properties. Conducting polymers can be us ed as radar absorbing materials, electromagnetic shielding materials, antistatic materials. Describes the structure of conductive polymer materials, types and conducting mechanism, synthesis methods, the application of conductive poly mer materials, research status and development trend. Keywords : conductive polymer categories preparation status 1 导电高分子的结构、种类 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类 :一类是结构型 (或本征型导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料 [3]。 结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料。 根据加入基体聚合物中导电成分的不同 , 复合型导电高分子材料可分为两类 :填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料 [5]。

石墨烯复合材料的研究及其应用

石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。

高分子_石墨烯纳米复合材料研究进展

高分子／石墨烯纳米复合材料研究进展 高秋菊１，夏绍灵１，２＊ ，邹文俊１，彭　进１，曹少魁２ （１．河南工业大学材料科学与工程学院，郑州　４５０００１；２．郑州大学材料科学与工程学院，郑州　４５００５２ ）收稿：２０１２－０１－０９；修回：２０１２－０４－ ２４；基金项目：郑州科技攻关项目（０９１０ＳＧＹＧ２３２５８－ １）；作者简介：高秋菊（１９８４—），女，硕士研究生，主要从事高分子复合材料的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｑｉｕｊ ｕ２００８＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；＊通讯联系人，Ｔｅｌ：０３７１－６７７５８７２２；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｌｉｎｇ ＿ｘｉａ＠ｈａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 摘要： 石墨烯以其优异的力学、光学、电学和热学性能，得到日益广泛的关注和研究。本文介绍了石墨烯的结构、性能和特点，并对石墨烯的改性方法进行了概括。本文着重综述了高分子／石墨烯纳米复合材料的研究现状和进展，并介绍了高分子／石墨烯纳米复合材料的三种制备方法，即原位插层聚合法、溶液插层法和熔融插层法。此外，还对高分子／石墨烯纳米复合材料的应用前景进行了展望，并对石墨烯复合材料研究存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。 关键词：石墨烯；高分子；纳米复合材料；研究进展 引言 石墨烯是以ｓｐ２ 杂化连接的碳原子层构成的二维材料， 其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具 有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯比钻石还坚硬， 强度比世界上最好的钢铁还高１００倍［１］ 。石墨烯还具有特殊的电光热特性， 包括室温下高速的电子迁移率、 半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度，被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛 的应用前景［ ２］ 。石墨烯是一种疏松物质，在高分子基体中易团聚，而且石墨烯本身不亲油、不亲水，在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合，尤其是纳米复合。因而，很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究，以提高石墨烯和高分子基体的亲和性，从而得到优异的复合效应。 １　石墨烯的改性方法 １．１　化学改性石墨烯 该方法基于改性Ｈｕｍｍｅｒｓ法［３］ 。首先，由天然石墨制得石墨氧化物， 再通过几种化学方法获得可溶性石墨烯。其化学方法包括：氧化石墨在稳定介质中的还原［４］、通过羧基酰胺化的共价改性［５］ 、还原氧化石墨烯的非共价功能化［ ６］、环氧基的亲核取代［７］、重氮基盐的耦合［８］ 等。此外，还出现了对石墨烯的氨基化［９］、酯化［１０］、异氰酸酯［１１］ 改性等。用化学功能化的方法对石墨烯进行改性，不仅可以提高其溶解性 和加工性能，还可以增强有机高分子间的相互作用。１．２　电化学改性石墨烯 利用离子液体对石墨烯进行电化学改性已见报道［１２］ 。用电化学的方法，使石墨变成用化学改性石 墨烯的胶体悬浮体。石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离混合物中。以１０～２０Ｖ的恒定电 · ７８·　第９期 高 分 子 通 报

导电复合材料

导电复合材料

导电复合材料的制备及应用浅析 摘要：随着电子工业及信息技术等产业的迅速发展，对于具有导电功能的高分子材料的需求越来越迫切。本文详细介绍了导电高分子材料的分类，介绍了导电复合材料的导电填料的种类及性质，总结了复合型导电高分子材料的制备方法和应用情况。 关键词：复合型；导电高分子材料；制备及应用； 1.前言 通常高分子材料的体积电阻率都非常高，约在1010-1020Ω·cm之间，作为电器绝缘材料使用无疑是非常优良的。但是，随着科学技术的进步，特别是电子工业、信息技术的迅速发展，对于具有导电功能的高分子材料需求愈来愈迫切。世界各国无论是学术界还是产业界都在积极地对这一新兴功能材料进行研究与开发。 关于导电高分子的定义，到目前为止国内外尚无统一的标准，一般是将体 积电阻率ρ V 小于1010Ω·cm的高分子材料统称为高分子导电材料。其中将ρ V 在106-1010Ω·cm之间的复合材料称为高分子抗静电材料；将ρ V 在100-106Ω·cm 之间的称为高分子半导电材料；将ρ V 小于100Ω·cm的称为高分子导电材料。 按照结构和制备方法的差异又可将导电高分子材料分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。结构型导电高分子材料(或称本征高分子导电材料)是指分子结构本身能导电或经过掺杂处理之后具有导电功能的共扼聚合物，如聚乙炔、聚苯胺、聚毗咯、聚噬吩、聚吠喃等。复合型导电高分子材料是指以聚合物为基体，通过加入各种导电性填料(如炭黑、金属粉末、金属片、碳纤维等)，并采用物理化学方法复合制得的既具有一定导电功能又具有良好力学性能的多相复合材料。目前结构型导电高分子材料由于结构的特殊性与制备及提纯的困难，大多还处于实验室研究阶段，获得实际应用的较少，而且多数为半导体材料。复合型导电高分子材料，因加工成型与一般高分子材料基本相同，制备方便，有较强的实用性，故已较为广泛应用。本论文主要研究了复合型导电高分子材料的制备以及应用。 2.复合型导电高分子材料 2.1复合型导电高分子材料概述 复合型导电高分子材料在工业上的应用始于20世纪60年代。复合型导电高分子材料是采用各种复合技术将导电性物质与树脂复合而成的。按照复合技术分类有:导电表面膜形成法、导电填料分散复合法、导电填料层压复合法三种。 复合型导电高分子材料的分类方法有多种。根据电阻值的不同，可划分为半导电体、除静电体、导电体、高导电体。根据导电填料的不同，可划分为碳系(炭

石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究进展

石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究 进展 摘要随着吉赫兹（GHz）频率范围的电磁波在无线通信领域的广泛应用，诸如电磁干扰、信息泄露等问题亟待解决。此外，军事领域中的电磁隐身技术与导弹的微波制导需要，使得电磁波吸收材料受到持续而广泛的关注。因此，迫切需要发展一种厚度薄、频带宽、强吸收的吸波材料。 石墨烯作为世界上最薄硬度最强的纳米材料，优点很多，例如石墨烯制成的片状材料中，厚度最薄，比表面积较大，具有超过金刚石的强度等，这些优点满足吸波材料的需求。石墨烯基复合材料在满足吸波材料基本要求的基础上又提升了材料吸收波的能力。 本文简单地介绍了吸波材料及石墨烯，综述概况了石墨烯基复合材料的研究现状，包括石墨烯复合材料制备方法、微观形貌以及复合材料的吸波性能，提出了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。 关键词石墨烯基；吸波材料；纳米材料

Progress in Preparation and absorbing properties of graphene-based composites Abstract With the gigahertz (GHz) frequency range of the electromagnetic waves are widely used in wireless communications, such as electromagnetic interference, information leaks and other problems to be solved. In addition, military stealth technology in the field of electromagnetic and microwave guided missiles require such electromagnetic wave absorbing material is subjected to a sustained and widespread concern. Therefore, an urgent need to develop a thin, wide frequency band, a strong absorption of absorbing materials. Graphene as the strongest of the world's thinnest hardness nanomaterials, has many advantages, such as a sheet material made of graphene, the thinnest, large specific surface area, with more than a diamond of strength, these benefits meet absorbers It needs. Graphene-based composites on the basis of absorbing materials to meet the basic requirements but also enhance the ability of the material to absorb waves. This article briefly describes the absorbing material and graphene, graphene reviewed before the status quo based composite materials research, including graphene composite material preparation, morphology and absorbing properties of composites made of graphene-based composite

石墨烯在复合材料中的应用

石墨烯在复合材料中的应用 龚欣 （东南大学机械工程学院南京211189） 摘要：介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景． 关键词：石墨烯纳米复合材料 2004年至今, 关于石墨烯的研究成果已在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文, 石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点．基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述． 一、基于石墨烯的复合物 利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用． 1.1 石墨烯与高聚物的复合物 功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用． 添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg 提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6% 的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件． 石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构．通过还原分散在Nafition膜中

导电高分子综述

导电高分子材料及其应用 摘要： 导电高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可 在绝缘体- 半导体- 金属态（10-9 到105 S/cm）的范围里变化。所以自从1977 年来，导电高分子材料的研究受到了普遍的重视和发展。本文介绍了国内外导 电高分子材料的分类、特点、应用及近年来研究发展的概况。同时还展望了导 电高分子有待发展的方向。 关键词：导电高分子;分类；应用 1导电高分子简介 20 世纪70 年代，白川英树、Heeger 和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，这就是导电高分子材料。经过40 多年的发展，导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料，成为 金属材料和无机导电材料的优良替代品。[1]但是导电高分子在变形过程中不仅仅存在弯曲 移动，而且还会产生蠕动现象，在器件的层间会发生快速分层的行为，溶剂易于挥发，使 用寿命有限、低的能量转换效率等等缺点使其在应用中具有难以突破的难点技术。[2] 2 高分子材料的分类及导电机理 导电高分子材料通常是指一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6S/cm 以上的聚合物材料。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。 2.1结构型高分子导电材料 结构型高分子导电材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子 材料。最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。这种掺杂后的聚乙炔 的电导率高达105 S/cm。后来人们又相继开发出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子材料。这些材料掺杂后电导率可达到半导体甚至金属导体的导电水平。结构型 高分子导电材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试 制半导体元器件等[3] 。但目前这类材料由于还存在稳定性差(特别是掺杂后的材料在空气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械性能方面的问题，尚未进入实用阶段。 2.1.1　聚乙炔( PA) 纯净聚乙炔掺进施主杂质（碱金属（Li、Na、K）等）或受主杂质（卤素、AsF5、PF5 等）后才能导电。与半导体不同的是，掺杂聚乙炔导电载流子是孤子。聚乙炔是目前世界

石墨烯及其纳米复合材料发展.

河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日

摘要 自从2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。 石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。 但是，因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力，导致其很容易堆积团聚，在一般溶剂中的分散性很差，所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文，分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词：石墨烯纳米材料制备复合材料

Pt-石墨烯复合材料

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