石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究

　　摘要：石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料，具有完美的晶体结构和出色的物理和化学性能。石墨烯独特的电、热、光学和机械性能，在电子、导热材料、气体传感器、光敏元件和环境科学中具有广泛的潜在应用。由于其潜在的实际应用价值。本文概述了石墨烯制备的方法，介绍了石墨烯电极材料、环境吸附材料领域的应用。并进一步对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景做出了分析。

　　关键词：石墨烯 ;纳米复合材料 ;制备

　　石墨烯是纳米复合材料研究中相对重要的材料。纳米石墨烯复合材料具有更高的制备要求。目的是生产可用于生物、机械和其他生产领域的高质量、高性能材料，发挥纳米石墨烯复合材料的适用性。目前，就石墨烯复合材料的制备而言，纳米复合材料的制备是主要的发展趋势。在当今的各个领域，纳米石墨烯复合材料具有非常明显的优势，并具有良好的发展前景。因此，纳米石墨烯复合材料的制备和应用也受到越来越多的关注。

　　作者：周珉

　　一、石墨烯复合材料的制备

　　(一)熔融共混法制备

　　通过熔融共混法制备纳米石墨烯复合材料，实际上是借助高温和高剪切力，将石墨烯或氧化石墨烯分散在聚合物基质中。由于在使用该方法的纳米石墨烯复合材料的制造过程中不需要溶剂，因此非常适用于极性和非极性聚合物。研究表明，在以单层或多层形式均匀分布的PET(石墨烯)基质中，基质中可能会出现卷曲和皱褶。

　　石墨烯论文范例：石墨烯微通道散热器的传热特性

　　以栅格的形式，大大提高了复合材料的导电性。当PET基体的石墨烯含量达到3vol%时，复合材料的最大电导率可以达到2.11S/m，这与目前电磁屏蔽领域对石墨烯复合材料的需求一致。通过这种制造方法，一些专家和学者已经制成了高导电复合材料，例如分离的石墨烯-多壁纳米管/超高分子量聚乙烯，它们的导电率非常高，并且其导电渗透率低，仅为0.039vot%[1]。

　　(二)溶液混合法制备

　　通过溶液混合法制备纳米石墨烯复合材料,实际上是指在溶剂的作用下,将聚合物分子插入GO片材后，通过还原制备纳米石墨烯复合材料。在制造过程中，一种常用的方法是通过超声技术将GO分散在水或有机溶剂中，然后添加聚合物并通过聚集或挥发除去溶剂。由于GO表面存在含氧官能团，因此GO可以更好地分散在有机溶剂中，并且可以更好地与聚合物界面相互作用。在相关研究过程中，一些专家以N-二甲基酰胺为溶剂制备了FGON(功能性氧化石墨烯纳米片)/CE(氰酸酯)复合材料，并将FGON插入CE基质中。为了实现界面之间的有效粘合，这种纳米复合材料具有非常好的耐摩擦性和很强的机械性能。

　　同时，一些学者将FGON和PMMA添加到THF溶液中，经过超声分散和真空干燥后获得FGONs/PMMA纳米复合材料。而且，一些学者已经使用THF和氯仿作为溶剂来制备石墨烯/环氧纳米复合材料。研究表明，氯仿对促进石墨烯在环氧树脂中的分散具有更好的作用，因此以这种方式制备的石墨烯纳米复合材料的泄漏阈值也较低。在该制造方法的研究过程中，一些学者正在使用该方法制造FGON /硅树脂纳米复合材料，当FGON的含量达到0.5wt%时，大大改善了该纳米复合产品的拉伸性能、导热性和热稳定性。

　　(三)原位聚合法制备

　　通过原位聚合制备纳米石墨烯复合材料，实际上是将石墨烯或GO与聚合物单元混合，然后利用引发剂的固有引发效应来制备所生产的石墨烯片材的单体。聚合以获得石墨烯纳米复合材料。该方法与通过溶液混合法制备纳米石墨烯复合物的方法相似，并且在原位聚合过程中，还原的氧化石墨烯或GO易于与单体分离并表现出分子水平分散现象。同时，由于聚合反应是放热过程，由放热产生的膨胀效应扩大了GO的层间间隔，从而提供了从层压体分离的更有利条件。因此，通过原位聚合方法制备纳米石墨烯复合材料而获得的纳米石墨烯复合材料将具有更均匀的分散特性。

　　在研究该方法的过程中，一些学者制备了不仅具有非常高的电导率，而且具有非常高的玻璃化转变温度的GO/PS(聚苯乙烯)纳米复合材料。而且材料的热稳定性也很强。在原位聚合方法中，也可以合理地使用GO片材的含氧基团。通过反应在GO和部分基体树脂之间形成相对较强的共价键，从而获得更高的纳米石墨烯复合材料性能。同时，一些学者正在使用这种方法来制造rGO/PPy(聚吡咯)纳米复合材料。

　　rGO和PPy之间形成了非常紧密的接触，这使这种纳米复合材料具有多孔结构，从而形成了多孔结构。它的表面积为108m 2/g，并且具有非常好的电容特性[2]。因此，这种材料已被广泛用于超级电容器的生产中。另外，相关学者使用聚丙烯乳液的原位化学还原氧化石墨烯法制备rGO/PP纳米复合材料，所得材料的渗透率阈值仅为0.033 vol%。 。

　　除了上述所提到的这些制造纳米石墨烯复合材料之外，该方法还可以用于生产苯二甲酸环丁烯酯(CBT)。应用该方法，石墨烯可以均匀地分散在聚合物基质中，但是当将GO或石墨烯添加到聚合物中时，粘度表明MMA的副产物为硫酸氢铵，其产量可达1.2t。因此，必须建造昂贵的耐酸设备来回收硫酸氢铵。

　　二、石墨烯纳米复合材料的应用

　　(一)在电极材料中的应运

　　纳米石墨烯复合材料可以用作电极材料，与网络结构的连通性高，大大提高了离子的传输速率，具有高功率、高容量的特点。作为相关研究的结果，发现通过热法将磷酸锂铁纳米颗粒装载到纳米石墨烯气凝胶中，石墨烯的网络结构提供了足够的孔并且可以大大改善电极。与电解质的接触面积显着减少了锂离子的扩散路径，为电解质的渗透提供了更大的便利[3]。

　　(二)环境吸附材料中的应运

　　由于纳米石墨烯复合材料具有丰富的结构孔和不同的制造方法，因此表面上存在许多缺陷，从而易于引入具有不同功能的基团。因此，这些材料在许多领域中都有非常广泛的应用，例如金属离子吸附、油水分离和染料分子去除。根据相关研究结果，以肥皂泡为模板，将表面活性剂和冷冻干燥技术与纳米石墨烯复合材料相结合，可以有效地将油吸附到水中，并具有很强的吸附能力。研究表明，通过利用二氧化碳的物理活性来生产氧化石墨烯复合材料，可以获得具有非常大的孔体积的多孔石墨烯复合材料。

　　三、结束语

　　作为碳材料领域的新元素，石墨烯还被用于电子部件、聚合物材料、生物传感器、能量存储和环境污染控制，具有完美的晶体结构，良好的导电性、导热性和机械强度。具有广阔的应用前景，基于石墨烯及其衍生物的纳米复合材料的开发和应用将引起越来越多的关注。如今，存在与石墨烯的研究和应用有关的问题。对制备工艺，石墨烯产量和石墨烯制造方法质量的要求都有待提高。

　　尽管人们对石墨烯的研究主要集中在石墨烯的电性能上，但对石墨烯的导热性和机械强度的研究尚未深入。石墨烯晶体结构与性能之间的关系需要进一步研究。我们正在积极寻求一种简单且便宜的石墨烯制造方法，并且石墨烯晶体结构与性能之间的关系，将成为未来开发石墨烯潜力的主要研究方向。

　　参考文献：

　　[1]戴佳旦,占博川.纳米石墨烯复合材料的制备及应用分析[J].化工设计通讯,2018,44(03):64.

　　[2]王苏展,贺伟,邓玉敏,郑寅,石震,胡盛.石墨烯/纳米银复合材料的制备及其应用研究进展[J].化学研究,2017,28(06):775-780.

　　[3]林森,孙仕勇,申珂璇.石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究[J].人工晶体学报,2017,46(06):1117-1121.

　　[4]杜祥.石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究进展[J].中国粉体工业,2017(03):1-4.