石墨烯高分子復(fù)合材料要點(diǎn)課件

石墨烯高分子復(fù)合材料任嘉慧SZ1506052石墨烯高分子復(fù)合材料任嘉慧1石墨烯簡(jiǎn)介聚酰亞胺簡(jiǎn)介石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用石墨烯簡(jiǎn)介2石墨烯的簡(jiǎn)介

自2004年石墨烯（Graphene，Gr）被英國(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家AndrewGeim和KonstantinNovoselov用一種簡(jiǎn)單的膠帶剝離方法首次制得后，石墨烯便成為科學(xué)家研究的新寵。 密堆積排列具有二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的新材料碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子發(fā)生sp2雜化，這使得每個(gè)碳原子剩余的p軌道上都有一個(gè)電子，這些電子之間相互作用，在石墨烯垂直平面上形成一個(gè)無(wú)窮大的離域大π鍵，在這個(gè)大π鍵中電子可自由移動(dòng)，這就使得石墨烯的電導(dǎo)率高達(dá)106s/m。 石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其在能源電池，電容導(dǎo)體，傳感器件，吸波材料等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用前景。以石墨烯為填料可大大改善聚合物的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及力學(xué)性能。石墨烯的簡(jiǎn)介3石墨烯高分子復(fù)合材料要點(diǎn)課件4聚酰亞胺的簡(jiǎn)介聚酰亞胺具有高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的介電性能、機(jī)械性能、耐輻射性能、耐燃性能、耐磨蝕性能以及高真空下的難揮發(fā)性等。更為可貴的是它在高溫及高輻射劑量下能長(zhǎng)期保持其機(jī)械性能和介電性能,可在250℃長(zhǎng)期使用，在500℃能短期工作。此外，其耐低溫性能也十分令人滿(mǎn)意。在-269℃時(shí)還保持一定的機(jī)械性能。聚酰亞胺也有一些不足之處，在發(fā)展過(guò)程還存在一些尚待解決的問(wèn)題。首先聚酰亞胺成型加工困難，多數(shù)情況下只能采用濕法加工。其次，生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴。在生產(chǎn)過(guò)程中需要使用大量?jī)r(jià)格高、毒性大的強(qiáng)極性有機(jī)溶劑。聚酰亞胺的簡(jiǎn)介聚酰亞胺具有高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的介電性能、機(jī)5二元酸與二元胺得到聚酰胺酸，然后加中和劑得到聚酰胺酸銨鹽，加熱使氨或胺揮發(fā)發(fā)生分子內(nèi)脫水成環(huán)酰亞胺化反應(yīng)，從而形成聚酰亞胺二元酸與二元胺得到聚酰胺酸，然后加中和劑得到聚酰胺酸銨鹽，加6石墨烯的制備方法物理剝離法主要是通過(guò)超聲波剝離等機(jī)械手段對(duì)石墨進(jìn)行剝以得到片層石墨烯化學(xué)還原法

先將石墨氧化成氧化石墨（GO），然后將GO通過(guò)還原劑（如水合肼、硼氫化鈉等）還原成Gr。碳管轉(zhuǎn)換法電泳沉淀法石墨烯的制備方法物理剝離法化學(xué)還原法碳管轉(zhuǎn)換法電泳沉7石墨烯高分子復(fù)合材料要點(diǎn)課件8三、石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備制備方法2.溶液共混法4.原位還原法3.原位聚合法5.聚合物插層法1.熔熔共混法三、石墨烯/聚合制備2.溶液4.原位還原法3.原位聚合法91、熔融共混法

熔融共混法通常是將GO經(jīng)過(guò)剝離及還原制成Gr，然后將Gr加入到粘流狀態(tài)的聚合物基體中，通過(guò)密煉、擠出、注塑和吹塑成型制得復(fù)合材料。

特點(diǎn)：混合溫度、擠壓受力等對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)電性能都會(huì)有影響，故使用熔融共混法時(shí)選擇合適的混煉工藝是十分重要的。1、熔融共混法 熔融共混法通常是將GO經(jīng)過(guò)剝離及還原制成102、溶液共混法

溶液共混法通常是將Gr穩(wěn)定的分散在有機(jī)溶劑中，然后將聚合物基體加入到Gr分散液中；有將聚合物基體分散于有機(jī)溶劑中，再向分散液中加入Gr。再通過(guò)機(jī)械攪拌、超聲分散以及冷凍干燥等技術(shù)制得Gr/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料。

對(duì)比：一般來(lái)說(shuō)，采用溶液共混法制得的導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比較熔融共混法，溶液共混法通過(guò)機(jī)械攪拌或超聲分散等一些物理手段能將石墨烯更均勻地分散于聚合物基體中。2、溶液共混法 溶液共混法通常是將Gr穩(wěn)定的分散在有機(jī)113、原位聚合法

所謂原位聚合法就是將Gr與聚合物單體混合，然后通過(guò)加入引發(fā)劑等方法使單體聚合，最后制得Gr/聚合物復(fù)合材料。

特點(diǎn)：這種方法可以較為顯著地增強(qiáng)Gr與基體之間的相互作用，對(duì)電導(dǎo)率的提高有一定的作用。原位聚合法可一定程度上在Gr和聚合物基體間引入化學(xué)鍵，這些化學(xué)鍵的引入對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機(jī)械性能都是有幫助的。3、原位聚合法 所謂原位聚合法就是將Gr與聚合物單體混合，12

原位還原法實(shí)際上是利用GO易分散于溶劑中的性能，先將分散于溶劑中的GO加到聚合物基體分散液中，通過(guò)充分的攪拌、超聲振蕩等手段將GO與聚合物基體充分混合均勻，然后加入還原劑（如水合肼）對(duì)GO進(jìn)行充分還原，將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥即得到Gr/聚合物復(fù)合材料。

對(duì)比：這與前三種方法相比，此法能將Gr均勻地分散 于基體中，因此研究較為廣泛。4、原位還原法 原位還原法實(shí)際上是利用GO易分散于溶劑中的性能，先將13

聚合物插層法是指通過(guò)機(jī)械剪切力或溶劑作用將聚合物分子插入到Gr片層中去，從而得到Gr/聚合物復(fù)合材料。特點(diǎn)：通過(guò)這種方法制得的復(fù)合材料中聚合物分子與Gr之間的相互作用更加顯著，因次通過(guò)此法能更大程度提升材料的各方面性能。5、聚合物插層法 聚合物插層法是指通過(guò)機(jī)械剪切力或溶劑作用將聚合物分子插入14

五、石墨烯/聚合物復(fù)合材料應(yīng)用應(yīng)用太陽(yáng)能電池傳感器（溫度或濃度）超級(jí)電容器吸波材料及防腐涂料五、石墨烯/聚合應(yīng)用太陽(yáng)能電池傳感器（溫度15

1、石墨烯/聚合物復(fù)合材料的電導(dǎo)率與其使用環(huán)境（如溫度、濕度、氣體濃度等）、填料濃度等相關(guān)，因此可將導(dǎo)電復(fù)合材料用作溫度或濃度的敏感傳感器。改變復(fù)合材料中石墨烯填料的濃度可以制備適用于任何條件下的高電流或溫度傳感器。

2、利用石墨烯/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的相對(duì)密度小、電導(dǎo)率較大以及比表面積大等特點(diǎn)可用作電池的電極材料。

3、石墨烯/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料作為優(yōu)良導(dǎo)體有許多出眾的特點(diǎn),例如電導(dǎo)率可調(diào)及電導(dǎo)性好、耐腐蝕、加工性

強(qiáng)、柔韌性好等。 1、石墨烯/聚合物復(fù)合材料的電導(dǎo)率與其使用環(huán)境（如溫度、濕16

石墨烯/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用及理論研究中都有重大的意義，在某些領(lǐng)域石墨烯/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料扮演著更加重要的角色。但真正實(shí)現(xiàn)石墨烯/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)還需要解決一些問(wèn)題。 首先是改進(jìn)復(fù)合材料的制備方法，改善石墨烯