石墨烯高分子复合材料资料讲解

4.3 光伏材料光电装置就是将太阳能转化成电能的一种装置，现在 大规模使用的是单晶硅基体材料太阳能电池，它的优势在于价格 便宜、转化率高。石墨烯具有良好的透光性和导电性，在开发太 阳能电池也有其独特的优势。 Wang等[57]用热膨胀的氧化石墨作为原料，经热还原处理后得到石 墨烯制备透明导电膜，将其应用在染料敏化太阳能电池中，制备 出的石墨烯厚度约为10nm，电导率为550S/cm，在 1000~3000nm的波长范围内透光率可达到70%左右。Becerril等[58] 将氧化石墨烯旋涂到石英表面，经热还原制备石墨烯，其电导率 为100S/cm，在400~1800nm波长范围内透光率可以达到80%。Li 等[59]对石墨采用剥离-嵌入-膨胀的方法成功制备出高质量的石墨烯， 并且还以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，成功制备了LangmuirBlodgett膜，这种透明的导电膜也可以成为太阳能电池材料。
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4.4 传感器传感器技术结合了材料技术和信息技术，它涉及了化学、 生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯具有优异的电学性 能和较大的比表面积，还能为电子传输提供二维环境，并在边缘 部分快速转移多相电子。同时，还可以作为多功能纳米金属颗粒 的支撑物，在单位面积上固定功能粒子，形成高效的传感器、气 体分子检测器。
注：不易吸附或不适合原位聚合的高分子，可用此法
C.溶液插层
3.石墨烯/高分子复合材料的应用
谢谢大家
生物医学 太阳能电池 超级电容器 超高性能的储能设备和场发射晶体管
4 石墨烯复合材料的应用4.1 锂电池纳米结构的电极材料相比微米结构的锂电池更有利，这是由于锂离子与电子的扩散距离更短，电 极与电极之间的比表面积更大。但是，它的缺点就是导电性差、密度低从而会减少体积能量密度、会失去更多的接触点。虽然石墨烯 及其派生物不能有效地包覆Li材料，但是它们能通过表面吸附和功能基团诱导粘接来贮存Li材料，同时还具有良好的导电性和较大的 比表面积。因此，许多纳米金属氧化物与石墨烯复合制备锂电池材料，比如SnO2[48]，Co3O4[41]，Fe2O3[34]，Mn3O4[49]，TiO2[50]， CuO[51]等。 4.2 超级电容器超级电容器是另一种典型的电化学能源存储装置，与原来的电池装置相比。超级电容器具有能量密度高、充放电时间 短、循环使用寿命长、经济环保等优点，被广泛应用于便携式播放器、笔记本电脑、手机等装置中。
现在用于制备超级电容器的电极材料主要有两类：一类是金属氧化物，比如ZnO，SnO2，MnO2；另一类是导电高分子，比如 Polyaniline，PPy。这些材料在单位面积上都有较高的电容量，但是这些材料的价格比较贵和导电性较差，限制其在电容器上的使用。 石墨烯具有较大的比表面积、优良的导电性以及化学稳定性，与金属氧化物、导电高分子制备复合材料还能构成导电网络结构，提高 超级电容器的性能。
在生物传感器的制备应用上面，石墨烯比单壁碳纳米管更灵敏并 且稳定性更好[60]，具有独特结构的石墨烯带制备柔性传感器[61]， Au/石墨烯生物传感器[62]。Robinson等[63]在理论上分析了石墨烯 作为气体分子检测器的可行性，在检测器材料中添加石墨烯可以 极大地提高对气体分子探测的灵敏度。利用石墨烯是一种具有优 良化学传感性质的二维材料，将其制备出NO2分子检测器[64]， NH3分子检测器[65]。 4.5 表面增强拉曼散射作用采用拉曼光谱表征材料结构的技术中主 要有共振拉曼散射和表面增强拉曼散射。最近，石墨烯增强拉曼 光谱效应已经有很多的报道。增强拉曼光谱散射主要是石墨烯与 分子之间的共振能量转移增强分子吸收，产生荧光淬灭效应降低 背景噪音。同时，石墨烯与分子之间的电荷转移会产生化学增强 作用。 石墨烯与Au[66]、Ag[33]制备的纳米复合材料在增强拉曼效应方面比 单独的石墨烯要好，同时增强的效果与制备的品质、尺寸和纳米 结构都有关系。
金属(金属氧化物)ห้องสมุดไป่ตู้石墨烯复合制备超级电容器的复合电极材料，比如：Au[30]，ZnO[39]，Co3O4[24 ,47]，MnO2[52]，Mn3O4[53]，NiO[43]。 高分子材料与石墨烯复合制备超级电容器材料中，主要选用聚苯胺[26, 54]和聚吡咯[55, 56]作为基体材料，Chen等[54]制备的石墨烯 /Polyaniline超级电容器，其电容器的功率密度已经达到10kW/kg，能量密度为28.5Wh/kg，最大比电容为205F/g，并拥有较长的循环 寿命。
石墨烯高分子复合材料
1.石墨烯的优势
比表面积 热导率 强度高 导电性
GO
力学性能 热性能 电性能
石墨烯的优势和潜力
2.石墨烯/高分子复合材料的制备与表征
A.原位插层聚合
PS/GNS
B.熔融插层
PET/graphene
B.熔融插层
熔融插层法是指不需要溶剂，在熔融状态，石墨或石墨烯 或改性石墨烯与高分子基体进行混合。在高温下，热塑性 高分子和石墨烯或改性石墨烯，用传统方法机械混合，如 挤出和注射成型，然后高分子链插层或剥落而形成纳米复 合材料。