石墨烯聚合物复合材料的研究现状及前景论文1 推荐

石墨烯/聚合物复合材料的研究现状及前景

皖西学院材料1102班：2011010373张帅

2011010355施含、2011010347陆瑞瑞、2011010611蔡虹、2011010364谢偏、2011010336冯帆

摘要：石墨烯是2004年问世的一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶体结构的新型纳米材料，其特殊的结构赋予了它许多新奇的物理性质，如优异的力学性能，良好的导电和导热性能，和极佳的复合材料增强性能，石墨烯作为纳米增强组分, 少量添加可以使聚合物的热学、力学、电学等物理性能得到大幅地提高。因此其应用领域广泛，受到广大学者科学家的重视。本文主要介绍聚合物复合材料的界面结构，石墨烯结构和界面，石墨烯/聚合物复合材料的实现和应用以及对未来发展前景的展望。(9、12、13、17)

关键词：石墨烯、聚合物复合材料、界面相容性、材料改性、力学性能、电学性能、热学性能，应用。

Present situation and prospect in Graphene/polymer

composites.

Zhang Shuai

Shi Han 、Lu Ruirui、Cai Hong 、Xie Pian Feng Fan Abstract:Graphene discovered in 2004 is a atomic two-dimensional(2D)nanomaterials. Due to its unusual molecular structure ,graphene shows many novels ,unique physical and chemical properties ,such as excellent electric conductivity ,thermal

conductivity ,thermal stability.Graphene as nano enhanced components, a small amount of added can make polymer thermal, mechanical, electrical and other physical properties are improved significantly.So its application field widely, have drawn the attention of the many scholars scientists.This paper mainly introduces the interface structure of polymer composite materials, graphene structure and interface, implementation and application of graphene/polymer composites as well as on the outlook for the future development prospect.

Key words: Graphene,Polymer composite materials Material modification、Mechanical properties、Electrical performance、Thermal properties、application.

一：石墨烯/聚合物的研究现状

自年石墨烯发现以来，石墨烯的研究成果层出不穷，其中包括，生活领域，医用领域，电化学领域等。但其中也只是仅仅在实验室研究萌芽之中，具体的应用以及工厂化生产等等还要等待有关理论的进一步发展。因此，对于石墨烯的性质的更深层次的了解是必不可少的。石墨烯是ｓｐ２杂化的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的炭材料，这是目前世界上最薄的即单原子厚度的材料，并且有着许多潜在的应用。｛15｝石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能：强度达１３０ＧＰａ，比钢高１００倍，是目前强度最高的材料；热导率可达５００0Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１，是金刚石的３倍；石

墨烯载流子迁移率高达１５０００ｃｍ２·Ｖ－１·Ｓ－１，是商用硅片的１０倍以上。石墨烯还有超大的比表面积（２６３０ｍ２／ｇ）室温量子霍尔效应和良好的铁磁性，是目前已知的在常温下导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度远超过一般导体，达到了光速的１／３００。由于石墨烯具有上述优异的性能，有望在微电子、能源、信息、材料和生物医药等领域具有重大的应用空间。

1.石墨烯的结构

石墨烯是碳原子紧密堆积

成单层二维窝状晶格结构的碳

质材料，它可看做是构建其他

维数碳质材料（如零维富勒烯、

一维纳米碳管、三维石墨）的

基本单元二维层状（a）二维片

状（b）（图１）。１９４０年就

有理论指出石墨烯是石墨的组

成单元，但自由态的二维晶体结构一直被认为其热力学性能是不稳定的，不能在普通环境中独立存在。直到２００４年，曼彻斯特大学Ｇｅｉｍ等从石墨上剥下少量石墨烯单片并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优异的力学、电学、光学、热学和磁学性能，从而掀起了石墨烯应用研究的热潮。｛13｝

①：热性能

石墨烯具有出色的热稳定性。一般说来，单质的热稳定性与构成单质的化学键牢固程度成正比。石墨烯正是由于其中键能非常强的碳六元环的存在，使得其热稳定性在高温下结构应该是保持不变的。因此石墨烯有耐高温的特性，其热稳定性很好。｛18｝

②：力学性能

石墨烯是人类已知强度最高的物质。由于石墨烯由单原子层构成，其比表面积极其大，理论计算值高达2 310 m2/g。研究人员使用原子尺寸的金属和钻石探针对石墨烯进行穿刺，测试其强度，让科学家震惊的是，石墨烯的强度高达130 GPa，比世界上最好的钢铁还高100 倍，比高强碳纤维还高20倍。哥伦比亚大学的研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100 nm 距离上可承受的最大压力居然达到了大约 2. 9 μN。据科学家们测算，这一结果相当于要施加26 N 的压力才能使1 m长的石墨烯断裂。｛18｝

③：电学性能

石墨烯的导电性能非常优异。马里兰大学纳米技术和先进材