石墨烯_聚合物复合材料的研究进展

时间：2025-04-20

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专论·综述

2011－11－15，34（6）：482～488合成橡胶工业，

石墨烯/聚合物复合材料的研究进展

蒋

静，贾红兵，王经逸，房尔园，蒋

琪

（南京理工大学教育部软化学和功能材料重点实验室，江苏南京210014）

摘要：介绍了石墨烯的制备与改性方法，概述了石墨烯/聚合物复合材料的制备工艺，主要有熔融共

混法、原位聚合法、溶液混合法及乳液混合法，并总结了石墨烯对聚合物导电性能、导热性能、耐热性能、物理机械性能和气体阻隔性能的影响。

关键词：石墨烯；聚合物；复合材料；导热性能；导电性能；耐热性能；物理机械性能；气体阻隔性能；综述

中图分类号：TQ330.38

文献标识码：A

文章编号：1000－1255（2011）06－0482－07

石墨烯具有单层碳原子紧密排列而成的二维

六边形点阵结构，比表面积达到2600m/g，是构

［1］

成其他石墨材料的基本单元。自2004年英国Manchester大学的Geim等［2］发现石墨烯以来，这种新型碳材料已经成为材料学和物理学领域的研

［3－6］

。石墨烯具有优异的导电性及物理机究热点

6［4］

械性能，横向（面内）电导率高达10S/m，极限强度可达130GPa，拉伸模量为1.01TPa，且导热性

热导率为5000W/（m·K）。与昂贵的富勒能好，

烯和碳纳米管相比，石墨烯还具有原料易得、价格低廉等特点，是高性能聚合物复合材料中的理想填

综述了近年料。本文介绍了石墨烯的制备及改性，

来石墨烯/聚合物复合材料的研究进展。1石墨烯的制备及改性1.1制备

化石墨烯失去了导电性，可通过还原剂还原最后

［22］

硼氢化得到石墨烯。常用的还原剂有水合肼、

［23］［24］钠、氢气等。1.2

改

性

石墨烯的片与片之间存在较强的范德华力，易于产生聚集，难以均匀分散在聚合物基体中；此外结构完整的石墨烯片的表面呈惰性状态，化学稳定性高，难以与聚合物相结合。因此需要对石墨烯进行改性，以改善石墨烯在聚合物中的分散性及其与聚合物的界面结合能力。目前石墨烯的改性可分为物理法和化学法。1.2.1

物理改性

石墨烯由于极大的表面能极易团聚，采用表面活性剂或聚合物对其进行表面改性，可以改善

［25］

其在水或有机溶剂中的分散性能。Kim等采

石墨烯的制备方法主要有三大类：（1）剥离石墨法，即以石墨为原料，采用不同层片剥离技术

［2］［7］

如机械剥离法、氧化还原法、液获得石墨烯，［8］［9］［10］

相剥离法、静电沉积法、淬火法。（2）直接生长法，通过引入碳源在一定条件下合成石墨

［11］［10］

如溶剂热法、有机自组装法、电弧放电烯，［12］［13］法、晶体外延生长。（3）碳纳米管转换法，

，将碳纳米管的管壁沿轴向“切开”展平后得到石

墨烯，此方法产率高，可批量获得尺寸可控、边缘

［14－15］

。目前应用于制备整齐的石墨烯纳米条带

聚合物纳米复合材料的石墨烯多采用氧化还原法

［16－21］

，制备：先将石墨氧化形成氧化石墨（GO）然

得到氧化石墨烯，该氧后通过超声分散进行剥离，

用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵

（CTAB）对石墨烯进行表面改性，利用超声分散技术制备了稳定的石墨烯水性分散液，这种石墨烯水性分散液能和丁苯胶乳很好地混合，通过凝聚制得石墨烯/丁苯橡胶纳米复合材料。Stankovich等［26－27］在两性水溶性高分子聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）存在下还原氧化石墨烯，借助PSS与石墨烯之间的π—π相互作用，阻止了石墨烯

PSS改性石墨烯具有较好的溶解性。片的聚集，

①收稿日期：2010－12－23；修订日期：2011－06－29。

作者简介：蒋静（1986—），女，硕士。已发表论文2篇。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50972059）。*通讯联系人。

Lee等［28］分别利用PSS或离子导电聚合物———全氟代磺酸酯改性氧化石墨烯，通过还原得到了

水溶性良好的石墨烯。Dai等［29］

利用聚［

（间苯乙炔）－co－（2，

5－二辛氧基对苯乙炔）］（PmPV）与石墨烯之间的π—π相互作用，制备了PmPV改性石墨烯，其在有机溶剂中具有良好的分散性。

1.2.2化学改性

GO中含有大量的羧基、羟基、环氧基，在稀

碱水或纯水中分散能形成稳定的胶状悬浮液，