石墨烯及石墨烯基复合材料研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。
石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。
本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。
我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。
随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。
本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。
石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。
石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。
因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。
石墨烯具有极低的摩擦系数。
研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。
这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。
因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。
然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。
例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。
石墨烯基复合吸波材料的最新研究进展
通常将石墨烯与不同损耗机制的材料复合制备新型吸波材
石墨烯的损耗机制主要局限于与电导率有关的介电型损
料ꎬ向石墨烯中引入磁性金属成分制备石墨烯 / 磁性金属二元
耗ꎬ单独使用时阻抗匹配性较差ꎬ其微波吸收性能仍需进一步
复合吸波材料ꎬ是提高其吸波性能一种简单有效的解决方案ꎬ
提高
[２０]
５２
ꎮ 为了改善其作为电磁吸收剂存在的不足ꎬ研究人员
ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔꎬ ｔｈｉｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬ ｓｔｒｏｎｇ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｕｒｇｅｎｃｙ. Ｇｒａｐｈｅｎｅ
ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔꎬ ｌａｒｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｎｏｎ￣
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｓｅｖｅｒｅ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｔｈｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
随着电子技术在民用和军事领域的迅速发展ꎬ电磁防护
身等问题的关键因素ꎬ吸波材料的研究对军用领域和民用领
注 [１￣３] ꎮ 电磁屏蔽材料和吸波材料是解决电磁防护问题的关
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·168·化 工 进展石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的研究进展刘霞平，王会才，孙强，杨继斌（天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387）摘要：石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料，具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点，普遍应用于各个领域。
但由于石墨烯使用过程中易团聚，导致其应用领域受限。
石墨烯组装而成的3D 石墨烯拥有更大的活性表面积等特性，近年来引发密切关注。
与此同时，石墨烯、3D 石墨烯改性成为当前探究的焦点。
本文在介绍石墨烯、3D 石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上，总结了3种复合材料的主要制备途径，并且分析了其合成方法的利弊。
重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用，简述了复合材料优良性能产生的机理。
提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。
最后指出了石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。
关键词：石墨烯；3D 石墨烯；改性；团聚；复合材料中图分类号：TB33 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0168–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0838Research progress of graphene and 3D graphene compositesLIU Xiaping ，WANG Huicai ，SUN Qiang ，YANG Jibin（School of Environmental and Chemistry Engineering ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ）Abstract: Graphene is a honeycomb material composed of a flat monolayer of tightly packed carbonatoms. It has large surface area ，good heat transfer performance ，and excellent conductivity ，and therefore is widely used in various fields. However ，graphene is easy to aggregate ，which greatly limits its applications. In recent years ，the graphene assembled 3D graphene has attracted lots of attention because of its large active surface area and other good characteristics. At the same time ，the modifications of graphene and 3D graphene have become the focus of current research. This paper introduced the structure and properties of graphene and 3D graphene and the preparation of graphene ，and then summarized the main preparation methods of three kinds of composites ，followed by the analysis of the advantages and disadvantages of the synthesis method. Special emphasis was devoted to their applications in lithium ion batteries ，electrochemical catalysts of fuel cells and sensors. The mechanism of the excellent performance of composite materials was briefly introduced. It is suggested that the doping amount ，doping ratio and the doping sites are key factors in the doping modification. Finally ，it was pointed out that the preparation of graphene and 3D graphene composites is also facing bottlenecks of instability ，unable to prepare in large scale and low conductivity. Finally ，its prospects in the development of solid metal lithium batteries ，transparent batteries ，adsorption materials and other fields were also discussed. Key words ：graphene ；3D graphene ；modification ；agglomeration ；composites@ 。
石墨烯在聚合物改性中的研究进展
石墨烯在聚合物改性中的研究进展一、石墨烯的结构特点石墨烯是由一层层的碳原子按照六角形的结构排列而成，形成了具有二维结构的材料。
石墨烯的晶格结构非常稳定，同时也呈现出了许多独特的性质。
石墨烯具有极高的导电性和热导性，是现有材料中最好的导电材料之一；石墨烯具有超高的拉伸强度和模量，是目前已知的最强硬的材料之一；石墨烯还具有极大的比表面积，对气体、溶液中的分子具有很强的吸附能力。
这些独特的结构特点赋予了石墨烯在聚合物改性中独特的优势和应用价值。
二、聚合物改性的技术手段1. 石墨烯增强聚合物复合材料的制备2. 石墨烯改性聚合物的界面调控石墨烯与聚合物之间的界面相互作用对于复合材料的性能起着至关重要的作用。
研究人员通过对石墨烯进行化学修饰，改善了石墨烯与聚合物的相容性，使其能够更好地与聚合物基体相互作用。
也有研究表明，通过在石墨烯表面引入功能化基团，可以提高石墨烯与聚合物的结合强度和界面附着力，从而有效地提升复合材料的性能。
3. 石墨烯的多功能应用除了作为填料材料外，石墨烯本身也具有多种功能，如光学、电磁、生物等功能。
研究人员还将石墨烯与其他功能性材料相结合，制备出了具有多种功能的石墨烯复合材料，如石墨烯纳米复合薄膜、石墨烯导电材料、石墨烯生物医用材料等。
这些多功能复合材料在光电子器件、生物医学领域等方面都具有广阔的应用前景。
四、研究现状及展望目前，石墨烯在聚合物改性领域的研究已经取得了许多重要的成果，但也面临着一些挑战。
石墨烯的制备和处理技术仍然比较复杂和昂贵，需要进一步降低成本，提高产量；石墨烯与聚合物的界面相容性和相互作用机制还不够清晰，需要进一步深入研究；石墨烯在复合材料中的应用还存在一些问题，如在工程应用中的大规模制备、稳定性和耐久性等方面需要进一步完善。
展望未来，随着石墨烯在聚合物改性中的研究逐渐深入，相信石墨烯基聚合物复合材料将会得到进一步的发展和应用。
未来的研究方向主要包括：石墨烯的大规模制备技术、石墨烯与聚合物的界面调控技术、石墨烯复合材料的性能优化等方面。
石墨烯复合材料应用研究进展
石墨烯复合材料应用研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的物理、化学和电子性能，引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯具有出色的电导性、热导性、力学性能和化学稳定性，因此在诸多领域具有广阔的应用前景。
随着科技的进步，石墨烯已不再是单一使用的材料，而是逐渐与其他材料复合，形成石墨烯复合材料，以进一步拓展其应用范围和提升性能。
本文旨在对石墨烯复合材料的应用研究进展进行系统的梳理和总结。
我们将首先概述石墨烯及其复合材料的基本性质，然后分析石墨烯复合材料在能源、环境、生物医学、电子信息等领域的最新研究进展，探讨其实际应用中所面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解石墨烯复合材料应用研究的平台，为未来的科研工作和产业发展提供有益的参考。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在能源、环境、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
而制备方法的选择和优化对于实现石墨烯复合材料的优良性能和应用潜力至关重要。
目前，石墨烯复合材料的制备方法主要包括溶液混合法、原位生长法、熔融共混法以及气相沉积法等。
溶液混合法是最常见且简单的制备石墨烯复合材料的方法之一。
通过将石墨烯粉末或溶液与基体材料溶液混合，再利用超声、搅拌等手段使其均匀分散，最后通过干燥、热处理等步骤得到复合材料。
这种方法操作简单，但需要注意的是石墨烯在溶液中的分散性和稳定性。
原位生长法是通过在基体材料表面或内部直接生长石墨烯纳米片的方法。
通常利用化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在基体材料表面引入碳源，在高温条件下使其分解并生成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯与基体材料结合紧密，但制备过程相对复杂，成本较高。
熔融共混法是将石墨烯与熔融状态的基体材料混合，通过剪切力使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法适用于高温熔融的聚合物基体材料，制备得到的石墨烯复合材料具有较好的机械性能和热稳定性。
石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能研究进展
石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能研究进展石墨烯由于其独特的二维结构、极高的比表面积和优异的力学性能，在环境污染治理领域表现出了巨大的应用潜力。
石墨烯的复合材料因具有石墨烯和其他功能材料的优势，被广泛应用于水处理领域。
本文将从石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能进行综述与分析。
二、石墨烯及其复合材料对Pb2+的吸附性能1. 石墨烯对Pb2+的吸附性能石墨烯由于其大的比表面积、丰富的官能团、高载流子迁移率等特性，对于重金属离子的吸附具有很好的性能。
研究表明，石墨烯的吸附量和吸附速度都远远高于传统的吸附材料，如活性炭。
石墨烯对Pb2+的吸附过程主要受到静电吸附、络合和离子交换等机制的影响。
2. 石墨烯复合材料对Pb2+的吸附性能除了石墨烯本身的优异性能外，石墨烯复合材料在吸附Pb2+方面也表现出了很好的性能。
石墨烯复合材料由于其复合材料的协同效应和增强效应，能够提高对Pb2+的吸附能力和吸附速度。
例如氧化石墨烯、石墨烯纳米颗粒复合材料等，都能够有效吸附Pb2+，并且具有很高的循环使用性能和稳定性。
三、研究进展和存在问题1. 研究进展近年来，关于石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能的研究取得了许多进展。
研究者通过改善石墨烯材料的结构和表面性质，设计合成了多种高效的石墨烯复合材料，提高了对Pb2+的吸附性能。
也有研究者对石墨烯复合材料的吸附机制进行了深入研究，为石墨烯复合材料的设计和性能优化提供了理论基础。
2. 存在问题尽管石墨烯及其复合材料在吸附Pb2+方面表现出了较好的性能，但其应用仍存在一些问题。
在工程应用中，石墨烯的生产成本较高，且存在一定的分散性和稳定性问题。
石墨烯的稳定性和循环使用性能也需要进一步提高。
对于石墨烯复合材料的吸附机制和影响因素的研究仍然不够深入，需要进一步加强。
石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能具有很好的应用前景。
石墨烯基复合材料的制备与性能研究
石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体，具有极高的强度、导电性和导热性。
在过去的几年里，石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。
为了进一步发展石墨烯的应用，研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合，形成石墨烯基复合材料。
这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。
本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。
该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源，使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。
石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行，如铜、镍等。
CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。
2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。
通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物，然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力，将石墨从衬底上剥离，最终得到石墨烯。
这种方法能够制备出大面积的石墨烯，并且使用简便、成本较低。
3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。
首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯，然后通过还原处理，还原为石墨烯。
该方法可以在实验室条件下进行，操作简单方便。
然而，由于氧化石墨烯的导电性较差，所得石墨烯的质量较低。
二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能，其强度和刚度超过大多数材料。
石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。
研究表明，合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。
2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能，可以用作电极材料、导电填料等。
石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色，可以用于制备柔性电子器件、传感器等。
3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K)，石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。
石墨烯能够显著提高基体材料的热导率，因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。
石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展
文章编号:1001-9731(2020)12-12036-09石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展*李昊1,魏杰1,张亚男1,顾忠伟1,胡玉冰2,姜炜2(1.南京工业大学材料科学与工程学院,南京211816;2.南京理工大学化工学院,南京210094)摘要:阻隔性材料在包装和保护应用中越来越重要,而常见的阻隔聚合物(如聚乙烯㊁聚丙烯㊁聚乙烯醇等)普遍存在机械强度低㊁对小分子阻隔性差的缺点,因此开发高阻隔性材料成为新的研究方向㊂石墨烯是具有较大长径比和比表面积的二维层状纳米填料,在基体材料中能够构建稳定的填料网络,形成曲折的分子移动路径㊂氧化石墨烯表面存在大量含氧官能团,可以与极性分子形成强烈的相互作用,从而抑制小分子的迁移,提高复合材料的阻隔性能㊂首先概述了石墨烯及其衍生物的阻隔性能,然后介绍了石墨烯改性以及石墨烯纳米复合材料的制备方法,并对不同改性以及制备方法的优缺点进行了比较,最后基于当前对石墨烯复合材料阻隔性能的研究,重点对其在阻燃抑烟㊁塑料改性㊁包装防腐㊁分离膜与分子过滤㊁橡胶等领域的应用进行介绍,对石墨烯作为填料增强复合材料阻隔性能的研究进行一个展望㊂关键词:石墨烯,纳米填料,纳米复合材料,阻隔性能中图分类号: T B34文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2020.12.0060引言在包装㊁医疗㊁食品㊁航空航天等诸多领域中,材料的阻隔性能至关重要,阻隔性能的不足会影响到材料对特定应用的适用性㊂如在包装领域,包装材料阻隔性能的不足会导致产品的腐化,传统的金属和玻璃材料在包装领域也存在着质量重㊁价格高㊁阻隔效果差等缺点,相比之下聚合物塑料价廉易制㊁便于回收㊁性能多样,在易腐蚀产品的储存上更有优势,近年来也得到了广泛的应用㊂然而由于聚合物分子间作用力较小,导致对一些小分子的阻隔效果较差㊂阻隔性优异的材料,要求可以有效的将氧气㊁水蒸汽等阻挡在外,同时抑制小分子的迁移㊂因此,开发高阻隔性材料现已成为一个重要且紧迫的任务[1]㊂为了获得阻隔性能优异的复合材料,许多研究者通过将纳米颗粒(如黏土㊁碳纳米管㊁石墨烯等)加入到聚合物基体中来提高聚合物的阻隔性能㊂石墨烯凭借其较大的长径比和独特的层状结构在纳米填料中脱颖而出[2]㊂石墨烯是一种由碳原子以s p2杂化紧密堆积形成的㊁具有蜂窝状晶格结构的单原子厚度的碳材料[3],单层厚度约为0.335n m,C C键长为0.142n m,表现出良好的力学㊁电学㊁热学㊁光学以及阻隔性能[4]㊂石墨烯具有几十微米的原子厚度和二维尺寸,其碳环的高长径比和高电子云密度使其能够阻碍原子和分子的渗透,碳环的几何孔径为0.064n m,小于各种气体的动力学直径,可以阻碍H e㊁H2㊁O2等小分子气体的透过㊂因此,单晶石墨烯薄片被认为是一种很有前途的纳米阻隔材料[5]㊂然而由于石墨烯自身的疏水疏油性导致其相容性较差,与石墨烯结构相似的氧化石墨(G O)等改性衍生物表面存在的大量含氧基团,为材料改性和制备提供了更多活性位点[6],通过表面接枝小分子可以实现其化学组成和极性的改变,并进一步功能化,常被用作石墨烯填料的替代物[7]㊂本文介绍了石墨烯及其衍生物的阻隔性能,分类总结了石墨烯的表面改性方法及石墨烯复合材料制备方法,重点探讨了国内外关于石墨烯阻隔性能材料应用的研究进展,最后总结石墨烯作为填料增强复合材料阻隔性能仍需改进的问题㊂1石墨烯的阻隔性能1.1阻燃性大多数聚合物材料属于易燃材料,遇火易熔融,因此在实际应用过程会受到诸多限制,例如环氧树脂,作为典型的热固性聚合物如今已广泛应用于各个领域,但是其极限氧指数很低,因此阻燃剂的研究也就显得尤为重要㊂石墨烯作为一种纳米阻燃剂,已应用于聚合物的阻燃[8]㊂石墨烯特殊的二维层状结构带来的片层阻隔效应,在燃烧过程中可以促进致密连续炭层的生成,这些炭层可以作为物理屏障,阻隔氧气的传递㊁防止热量的扩散,此外其较大的比表面积,可有效吸附易燃有机挥发物或阻碍其在燃烧过程中的释放和扩散㊂然而尽管石墨烯在阻燃应用中具有很大的潜力,630212020年第12期(51)卷*基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(N o.B K20180698,B K20180495)收到初稿日期:2020-06-08收到修改稿日期:2020-09-12通讯作者:张亚男,E-m a i l:z y n3648@n j t e c h.e d u.c n 作者简介:李昊(1997 ),男,江苏连云港人,在读硕士,师承张亚男讲师,从事石墨烯改性包覆层材料研究㊂其本身性能依然存在与聚合物基体的相容性㊁热稳定性较差,炭化能力较低等缺陷,严重制约了复合材料的阻燃效率,因此,利用多种机制实现协同阻燃的研究正逐渐展开[9],使用含磷㊁含氮的无卤阻燃剂对石墨烯进行适当的功能化改性处理就是一种有效提高阻燃性能方法,因为它们具有对环境友好的特性,并且在燃烧过程中具有很强的催化炭化作用[10],例如将D O P O与石墨烯协同使用,在石墨烯表面接枝P=O基团:一方面C O生成量提高从而抑制燃烧;另一方面促进成炭[11]㊂1.2选择透过性G O通过表面的亲水基团可组装成具有纳米甚至亚纳米尺度通道的有序结构,在膜分离方面得到了广泛的研究,石墨烯基膜在净化水和气体方面表现出优异的分子分离性能[12],例如多孔石墨烯的孔隙为分子提供了扩散的捷径,通过堆叠定向制造多功能化筛选薄膜以进行离子的选择㊂此外,G O纳米复合材料有着良好的阻水能力,除了G O本身的物理阻隔,G O在基体中的均匀分散增加了水分子扩散的曲折路径长度,同时收缩曲折路径阻止大分子扩散㊁抑制小分子的扩散[13]㊂1.3阻气性通常,为了改善聚合物的阻气性,无孔纳米材料已作为填充剂添加到聚合物基质中,以阻止气体或蒸汽的扩散㊂这些纳米填充材料可以增加曲折度,从而导致扩散气体通过聚合物纳米复合材料的传播路径延长㊂石墨烯因其相对较高的长径比可以为气体渗透分子提供更长的路径[14],研究发现低浓度下,石墨烯纳米片的阻隔性能大约是粘土纳米膜的25~30倍㊂石墨烯在聚合物基体中的良好分散可以最大限度地提高石墨烯复合材料的气体阻隔性能[15]㊂G O既保留了石墨烯的高长径比,同时表面增添含氧官能团使其具有双亲性,多层G O堆叠后分散于聚合物基体中能够有效增强高分子材料的阻隔性能[15]㊂因此,石墨烯㊁氧化石墨烯皆可成为优良的气体阻隔填料㊂2石墨烯及其衍生物的改性石墨烯因其疏水㊁易团聚的缺点在复合材料的制备过程中存在一定的困难,限制了它的应用[16]㊂因此应对石墨烯进行适当的改性以促进其在溶剂或基体树脂的分散,同时也可以引入一些特定的官能团使其功能化,例如在石墨烯表面接枝含磷㊁氮的基团以提高它的阻燃性㊂石墨烯的表面改性包括化学改性(共价键改性)㊁物理改性(非共价键改性)以及元素掺杂改性[16]㊂石墨烯的碳原子电子轨道结构十分稳定,其共价改性就是要破坏结构的稳定性,在石墨烯的边缘和缺陷部位,通过共价键引入适当的基团,从而使石墨烯表面活性化,易于分散,提高其与反应基体的相容性[17]㊂物理改性方法常见的有π-π键相互作用㊁氢键相互作用和静电相互作用,主要是通过分子间作用力促使有机分子直接覆盖于石墨烯表面,进而可以在不影响石墨烯结构的基础上,减小结构层间作用力,从而达到提高分散性的效果[18],元素掺杂通过电弧放电法㊁退火热处理㊁离子轰击等方式在石墨烯的晶格中引入杂原子替换掉石墨烯平面六角晶格中的碳原子,保持石墨烯本征二维结构不变的同时改变其表面特性[19]㊂不同改性方法的优缺点如表1所示㊂表1不同改性方法的比较T a b l e1C o m p a r i s o no f d i f f e r e n tm o d i f i c a t i o nm e t h o d s改性方法优点缺点作用机制化学改性改性方法多㊁稳定性高反应条件苛刻;影响片层共轭结构,进而造成缺陷影响石墨烯性能利用化学改性剂或活性含氧基团发生共价反应物理改性操作简易方便㊁保持石墨烯结构整体结构不稳定通过范德华力㊁氢键相互作用进行功能化改性元素掺杂改性保持石墨烯结构并赋予新性能成本高㊁工艺复杂采用退火处理㊁电弧放电等方法掺入元素,形成取代缺陷㊁空位缺陷3石墨烯复合材料的制备以上研究表明石墨烯具有极好的阻隔性能[20],即使最小的H e也无法通过单层石墨烯㊂然而,大规模合成结构完整的单层石墨烯并不容易,此外,石墨烯自身基团较少,与多数聚合物的相容性较差,难以在复合材料中分散均匀[21]㊂氧化石墨烯(G O)与石墨烯结构相似,几何尺寸相近,同样具有较大的长径比㊂其表面的含氧基团提供了良好的化学反应位点,展现出良好的基体分散性,克服了石墨烯这方面的缺陷,表现出良好的阻隔性㊂石墨烯及其衍生物作为高分子材料的增强填料,可以有效改善聚合物的阻隔㊁力㊁热㊁电等性能,根据石墨烯及其衍生物改性产物改善聚合物阻隔性能的复合材料的应用领域,制备方法主要有:混合法㊁胶乳共混法㊁喷涂法和自组装法㊂3.1混合法混合法就是将石墨烯及其改性产物均匀地分散于聚合物基质中来制备混合基质的过程,操作简便㊁成本低廉㊂常见的混合方法有:熔融混合[22]㊁溶液混合[23]以及原位聚合[24]㊂3.1.1熔融混合熔融混合是法是一种经济㊁环保㊁可大规模生产的73021李昊等:石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展聚合物制备方法,通过高温或高剪切作用使石墨烯均匀分散[25]㊂W a n g [26]等人间使用高速搅拌器,将聚氯乙烯和邻苯二甲酸二辛酯均匀混合,然后在170ħ条件下使用双螺杆挤出机将混合物和多层石墨烯挤出,制备出了力学性能优异的石墨烯纳米复合材料㊂Y a r a ga l l a [27]等采用熔融混合制备了石墨烯/天然橡胶纳米复合材料,其阻隔性能提高了175%㊂3.1.2 溶液混合溶液共混法是预先将聚合物溶解在溶剂中,然后加入石墨烯或氧化石墨稀的分散液,两者混合均匀后除去溶剂得到所需的纳米复合材料[28]㊂这种方法涉及石墨烯材料的胶体悬浮液与所需聚合物的混合㊂由于未经改性的石墨烯在大多数有机溶剂中的溶解度较低,因此要对石墨烯进行改性以增加其溶解度,为了更好地分散石墨烯,通常会进行超声处理㊂C u i [29]等将多巴胺(D A )改性的G O 分散于乙醇中,再与环氧树脂混合,G O -P D A 纳米片可以良好的分散在E P 中,所制备的G O -P D A /E P 复合涂料可以显著改善水性E P 涂层的阻隔性能㊂3.1.3 原位聚合原位聚合法通过催化剂催化分散在石墨烯或其衍生物之间的聚合物单体,然后用引发剂引发均匀分散在溶剂中的石墨烯纳米片与单体溶液的聚合反应,剥离的石墨烯纳米片会在引发剂解离后与聚合物链混合或交联[13]㊂Y uY H 等[30]通过原位聚合制备了聚苯乙烯/改性G O (P S /MG O )纳米复合材料,通过添加2%(质量分数)的G O ,材料的阻隔效果有极大的提高,氧气渗透率降低25%,氮气渗透率降低59%㊂3.2 胶乳共混法胶乳共混一般是将层状纳米片分散在水溶液中,再与高分子胶乳混合,絮凝㊁烘干㊁压片等获得纳米复合材料㊂常用于改性石墨烯与天然橡胶的复合制备㊂S h e 等[31]通过胶乳混合[32]仅在0.7%(质量分数)填料量下得到的复合材料模量提升了8.7倍,抗拉强度提高87%㊂其分散相多为水,比较环保㊂3.3 自组装法层层自组装法是一种利用逐层交替沉积的方法,借助各层分子间的弱相互作用,使层与层之间缔结形成结构完整㊁性能稳定㊁具有某种特定功能的多层结构薄膜㊂G O 表面的羧基使其在水溶液中带有负电荷,适合用于层层自组装法制备多层膜㊂L i u [33]等以聚乙烯亚胺(P E I )和聚苯乙烯磺酸钠(P S S )为改性剂,通过静电和氢键相互作用,将P E I -R G O 和P S S -R G O 通过逐层组装方法组装成多层膜,得到的复合材料H 2透过率显著降低㊂S a l e h i [34]等通过层层自组装法将壳聚糖(C S )和G O 制备成一种高效复合膜,复合膜表现出高效的选择阻隔性,在海水淡化应用用还有很好的防污性能㊂N o h [35]等利用自旋辅助㊁逐层自组装的方法制备带互补电荷的聚氨酯(P U )和氧化石墨烯薄片的多层膜,以获得堆积良好的膜结构,通过阴离子P U(A -P U )占据G O 片层之间的空隙使得到的复合材料O 2透过率明显下降㊂3.4 喷涂法喷涂法是一种通过喷枪等工具,将溶液分散成细小的雾滴,然后均匀地施涂于被涂物表面的制膜方法㊂该方法易操作㊁可控制膜厚度,被广泛应用于多层膜的制备[36]㊂B a n d y o p a d h y a y [37]等将聚氨酯(P U )和乙二胺(E D A )㊁三乙基四胺(T E T )同时还原㊁修饰的G O 在N ,N -二甲基甲酰胺(D M F )中制备混合溶液,并喷涂在改性尼龙膜上制备复合膜,该方法制备的复合膜的H 2阻隔性能显著提高,较尼龙膜H 2透过率降低了93%㊂不同制备工艺如图1所示,不同制备方法的优缺点如表2所示㊂图1 制备工艺示意图F i g 1S c h e m a t i c d i a g r a mo f p r e pa r a t i o n p r o c e s s 表2 不同制备方法的比较T a b l e 2C o m p a r i s o no f d i f f e r e n t p r e pa r a t i o nm e t h o d s 制备方法优点缺点混合法熔融混合经济环保,可大规模使用分散性不好,材料综合性能较低溶液混合操作简易方便溶液杂质难以去除干净原位聚合复合材料均匀性更好复合反应更加复杂胶乳共混法成本低,分散性更高,对环境友好只适用于聚合物胶乳,不适宜大规模使用层层自组装法适用范围广,成本低稳定性存疑,生产效率不高喷涂法易操作,便于控制厚度耗时长,无法大规模生产830212020年第12期(51)卷4 石墨烯阻隔性能的应用4.1 石墨烯树脂聚合物当前由于聚合物的固有可燃性导致其燃烧迅速㊁易产生浓烟和有毒气体,严重限制了其进一步应用的安全性,因此需要通过添加阻燃剂抑制聚合物的可燃性,传统的卤化阻燃剂在燃烧会产生有害的副产物,替代的无卤阻燃剂:包括含磷化合物和金属氢氧化物,也由于高填料量导致聚合物的机械性能和热性能减弱而受到严重限制[40]㊂因此,开发无毒环保㊁化学稳定性好的阻燃添加剂显得尤为必要㊂近年来,在聚合物中掺入纳米颗粒,通过纳米填料来解决聚合物低阻燃性㊁力学性能和热性能共存的问题[41]成为一种有效的途径,而具有高长径比㊁表面积㊁化学稳定性㊁力学和热性能的二维(2D )石墨烯作为聚合物阻燃添加剂可以通过形成致密炭层阻止热量扩散,抑制燃烧㊂以环氧树脂为例,环氧树脂虽拥有各种优越的性能,但因其可燃性导致其应用受到限制,而拥有阻燃㊁耐热㊁环保等性能和较优机械性能等兼备的E P 逐渐成为主流㊂石墨烯和一些含P ㊁N 的阻燃剂不仅对环境无害,燃烧时产生的物质也无毒,且石墨烯在提高材料的阻燃性能的同时,还能够赋予E P 良好的机械性能㊂F e n g[42]等通过合成含磷㊁氮㊁硅元素的功能化R G O ,有效改善了其在E P 基体中的分散性和界面相互作用,而且增强了R G O 的催化炭化能力,极大了改善了环氧树脂的阻燃性能㊂4.2 石墨烯塑料包装在现代社会中,随着食品在生产者和消费者之间的运输距离越来越远,对包装的要求越来越高㊂传统的包装材料:金属㊁玻璃㊁陶瓷[43]虽然仍在使用,但是聚合物材料如塑料由于质量轻㊁易加工㊁能耗低㊁成本低以及在运输和储存期间可较好地保存易腐产品等优势逐渐成为对包装有吸引力的替代品,因此聚合物包装在食品与药物的保存和分销中起着至关重要的作用[44],但是聚合物包装材料性能往往受限于对气体和蒸汽的固有渗透性㊂用于包装应用的阻隔聚合物应在各种环境中具有很低的气体和水蒸气透过性或选择性气体透过性,因此,开发改进的阻隔性塑料的研究已广泛升级㊂聚合物纳米复合材料的气体阻隔性主要由3个因素决定:填料性质(气体扩散阻力)㊁聚合物基体的固有阻隔性和分散质量(填料片层结构/取向)[45]㊂氧气㊁二氧化碳和有机蒸汽等物质在聚合物薄膜中的渗透对其使用性能有重要影响,聚合物的阻隔性能可以通过加入不透水的层状填料(如石墨烯)显著增强,当石墨烯完全剥离并分散在聚合物纳米复合材料中时,会使气体渗透分子经过更长的路径,可大幅提高塑料的气体阻隔性㊂与聚合物基体具有良好相容性的填料通常会降低渗透率,这主要是由于气体分子的运输截面减小和曲折路径增加㊂在室温下,无缺陷的单晶石墨烯单层可以起到很好的阻挡气体传输的作用,氧化石墨烯也有与石墨烯近似的结构性质,常见的如G O /P E T (聚对苯二甲酸乙二醇酯)复合材料,由于其具有无毒无味㊁阻隔性好等特性,被大量应用于食品包装领域[46],施昌谷[47]等将壳聚糖/G O 复合膜涂至食品包装纸,研究表明壳聚糖㊁G O 显著降低了水蒸气㊁油脂透过率,保鲜效果优异(试剂用量如表3所示,阻隔效率如图2所示)㊂表3 复合涂膜液试剂加入量[47]T a b l e 3A d d i n g a m o u n t o f c o m p o u n d c o a t i n g l i q u i d r e a ge n t [47]序号水溶性壳聚糖/m L酸溶性壳聚糖/m L 5m g /m L 10m g/m L 5m g /m L 10m g/m L 1m g/m L B H T /m L1m g /m L G O /m L1-120 1-219 1 1-319 11-418 111-5 20 1-6 19 1 1-7 19 11-8 18 112-1 20 2-2 19 1 2-3 19 12-4 18 112-5 20 2-6 191 2-7 19 12-8181193021李 昊等:石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展图2 不同复合涂膜食品包装纸的水蒸气透过率㊁油脂透过率柱形图[47]F i g 2C o l u m nc h a r to fw a t e rv a p o r t r a n s m i t t a n c ea n do i l t r a n s m i t t a n c eo fd i f f e r e n tc o m po s i t ec o a t e df o o d p a c k a g i n gp a pe r [47]4.3 石墨烯分离膜与分子过滤器随着全球能源㊁水资源短缺㊁环境污染问题日益严重,膜分离技术得到了各重视,能够将溶液中的溶质粒子有效截留阻隔从而实现质液分离,因其效率高㊁能耗低㊁环境友好,在污水处理净化㊁海水淡化㊁药物提纯等过程中起着重要作用㊂图3 重水分离原理示意图[49]F i g 3S c h e m a t i c d i a g r a mo f t h e p r i n c i p l e o f h e a v y wa t e r s e pa r a t i o n [49]单层石墨烯晶格对于任何原子及分子均不渗透,是迄今为止最薄的能分离不同两相的隔膜材料[48]㊂L o z a d a -H i d a l go 等[49]在2017年利用单晶石墨烯薄膜的阻隔性和同位素效应制备了重水分离功能性器件(如图3所示),由于二维晶体形成的能量势垒,可以有效的将氢从氘中分离出来,氢键的零点震荡使质子的能量高于氘,这种能量差导致其通过单晶石墨烯膜的通过率不同,从而分离出重水,可为核聚变提供原材料㊂G O 膜材料在海水淡化领域受到广泛关注[50],但是控制其层间间距仍是一项挑战㊂石墨烯氧化物膜在水中浸泡溶胀导致层间距增大,虽然可以阻断较大的盐类,但是小颗粒的盐会与水一起通过薄膜㊂A b r a -h a m 等[51]在氧化石墨烯中加入少层石墨烯纳米片通过其疏水性限制水的摄入量,抑制其在水中的肿胀,得到的薄膜脱盐率可达到97%㊂M o r e l o s -G o m e z 等[52]通过在多孔聚砜基板进行涂覆聚乙烯醇(P V A )涂层,然后使用喷涂法将G O /F L G (少层石墨烯)沉积到基板表面制备复合膜(制备过程如图4所示),得到的复合薄膜脱盐率达到80%~90%㊂图4 G O /F L G 膜的制备[52](a .多孔聚砜基板b .在基板上涂覆P V Ac .采用喷涂法沉积G O /F L G 溶液d .复合膜,G O 和F L G 片平行于表面)F i g 4P r e p a r a t i o n o fG O /F L G m e m b r a n e [52]:(a )p o r o u s P S F s u b s t r a t e ;(b )c o a t i n g PV A ;(c )G O /F L Gs o l u -t i o nd e p o s i t e db y s p r a y m e t h o d ;(d )t h e c o m po s i t e f i l m ,G Oa n dF L Gs h e e t s p a r a l l e l t o t h e s u r f a c e 利用石墨烯单分子膜对气体分子的不渗透性,将其应用于保护性屏障㊂在石墨烯平面上设计孔隙,可以用作快速㊁选择性的分子过滤器,最理想的分子过滤器应该是具有高通量的超薄层[53]㊂B i e r i 等[54]基于共价键合,以多苯基或多环芳烃取代石墨烯的碳原子,成功合成了孔隙均匀㊁孔洞排列规律的聚苯型多孔石墨烯㊂J i a n g 等人[55]报道了氢功能化多孔石墨烯的H 2/C H 4分离,可以削弱孔附近的π-π相互作用,从而为C H 4等大分子气体形成扩散屏障,对孔径大小的控制是目前研究的难题,可利用透射电子显微镜的聚焦电子束实现[56],但是精度存在很大局限㊂40212020年第12期(51)卷4.4 石墨烯填充橡胶橡胶基复合材料因其耐油性㊁高弹性㊁抗静电性等性能在轮胎㊁航空航天㊁化工防护设备等领域有着广泛的应用,但是橡胶本身对大多数气体小分子具有很高的渗透性,且橡胶的耐老化性能较差,添加抗氧化剂抑制或减缓橡胶的老化过程是十分重要的,而大多数传统的抗氧化剂容易迁移到橡胶材料表面导致抗氧化效率降低[57]影响橡胶基材料的物理和机械性能,因此提高橡胶基材料的阻隔性能尤为重要㊂将纳米填料填充到橡胶中成为一种有效提高阻隔性能的方法,填充的纳米颗粒在基体中形成填料网络,形成曲折的路径,抑制小分子穿透橡胶基体㊂在过去的几十年里,炭黑作为橡胶复合材料的填料得到了广泛的应用㊂然而面对节能环保问题,开发新型节能环保材料具有深远的意义㊂在一系列纳米粒子中,层状粒子(如黏土㊁水滑石㊁石墨烯)更有利于提高橡胶基复合材料的阻隔性能,特别是G O ,G O 表面大量的含氧基团通过离子键与橡胶分子发生强烈的相互作用限制链的流动性降低纳米粒子与橡胶分子间的自由体积㊂此外,以石墨烯为基体,将抗氧化剂接枝到石墨烯上制备的抗迁移性抗氧化剂,不仅可以提高橡胶基复合材料的阻隔性能,对其耐老化性能的提高也有这良好的效果[58]㊂Z h e n g [59]等通过在SB R (丁苯橡胶)复合材料中引入S -G O 杂化材料(如图5所示),S -G O 和S B R 分子间的强界面作用导致自由体积的大幅度减少,在S -G O /S B R 复合材料中,G O 与硫的充分接触,使G O 与硫发生反应,在橡胶基体中构建牢固的界面和填料网络,复合填料网络和强界面相互作用大大降低了S B R分子之间的自由体积,延长了氮分子在S B R 基体中的路径和扩散时间(见图5b ),从而形成高的气体阻隔性能㊂图5 G O /S B R 和S -G O /S B R 复合材料中气体分子扩散示意图[59](a )G O /S B R 材料只有少数与S 接触反应,界面相互作用强度低㊂(b )S -G O /S B R 材料与S 充分反应减少自由体积)F i g 5S c h e m a t i c d i a g r a mo f g a sm o l e c u l e d i f f u s i o n i nG O /S B Ra n dS -G O /S B Rc o m p o s i t em a t e r i a l s [59]:(a )o n l ya f e w G O /S B R m a t e r i a l s r e a c t e dw i t hSa n d t h e i n t e r f a c e i n t e r a c t i o ns t r e n gt hw a s l o w ;(b )S -G O /S B R m a t e r i a l s r e a c t e d f u l l y wi t hS t o r e d u c e f r e e v o l u m e 5 结 语无缺陷的单晶石墨烯是一种理想的阻隔材料,基于石墨烯独特的二维层状结构及较大的长径比和比表面积,通过物理屏障作用可实现复合材料阻隔性能的显著提高㊂另外,石墨烯完全剥离分散在复合材料中可以减少或延长小分子的运输途径,或者造成高分子材料交联位点的堵塞,从而降低材料的分子渗透率,显著提高材料阻隔性能㊂然而,在石墨烯工业生产中存在产量低㊁尺寸小及无法精确控制层数等问题㊂G O 在溶剂中普遍容易分散,基于G O 制备的阻隔材料可以适当弥补石墨烯与基体相容性不足的缺陷,更适合批量生产㊂另外,多层G O 层可以提供较长的扩散路径,从而保证较低的小分子渗透率㊂石墨烯复合材料在阻隔应用方面已经取得了一定的进展,可以满足很多领域对材料阻隔性能的要求㊂例如,具有很低气体和水分子透过率的食品包装材料可以延长食品保质期,对小分子有着良好阻隔作用的航空航天器件可以保证其储存安全性及使用效果㊂然而,石墨烯复合材料的结构设计及制备工艺仍有许多值得探究的地方:(1)进一步深入石墨烯的改性研究,提高石墨烯及其改性产物的剥离程度以提高石墨烯复合材料的阻隔性能;(2)通过外力拉伸㊁剪切诱导或是施加外电场或磁场进行石墨烯取向性设计以实现阻隔性能的提高;(3)通过在石墨烯纳米片之间接枝适当大小的间隔物调节石墨烯间距,以达到对特定尺寸目标分子的有效阻隔㊂参考文献:[1] Öz e n Ⅰ㊃,B o z o k l uG ,D a l g ıçd i rC ,e t a l .I m pr o v e m e n t i n g a s p e r m e a b i l i t y o fb i a x i a l l y st r e t c h e d p e t f i l m sb l e n d e d w i t hh i g hb a r r i e r p o l y m e r s :t h e r o l e o f c h e m i s t r y an d p r o -c e s s i n g c o n d i t i o n s [J ].E u r o p e a nP o l ym e rJ o u r n a l ,2010,46(2):226-237.14021李 昊等:石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展。
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。
自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。
石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。
石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。
其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。
化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。
化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。
物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。
流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。
微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。
石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。
首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。
FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。
其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。
此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。
石墨烯基复合材料的研究进展
图 １ 单层石 墨烯及 其派 生物 示意 图
Ｆｉ ｇ ． １ Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ
・
２ ２ ・
材料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 ３月（ 上） 第２ ７卷 第 ３期
石 墨 烯 基 复合 材 料 的研 究进 展
何 晓蕾 ， 余 燕芳 ， 陈秋 玉 ， 石 雪英 ， 林 深
（ 福建师范大学化学与化工学 院， 福州 ３ ５ ０ ０ ０ ７ ）
摘 要
关 键 词
ｆ ａ ） 单 层 二维 石 墨 烯
复合材 料 （ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ） 是 以一 种 材 料 为 基 底 （ Ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ） ， 另一 种材料 为增 强体 （ Ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ） 组 合 而成 的 材料 。各种 材料 在性 能 上 互 相取 长补 短 ， 产 生 协 同效 应 ， 使 复合材 料 的综合 性 能 优 于原 组 成 材料 而 满 足各 种 不 同 的要 求 。自２ ０ ０ ６ 年Ｒ ｕ ｏ ｆ ｆ 等ｌ ２ 提 出石 墨 烯 可 以通 过 化 学方 法 大
文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｃ ｅ ｎ ｔ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｇｒ ａ ｐｈ ｅ ｎｅ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
ＨＥ Ｘｉ ａ ｏ ｌ ｅ ｉ ，ＹＵ Ｙａ ｎ ｆ ａ ｎ ｇ，ＣＨＥＮ Ｑｉ ｕ ｙ ｕ ，Ｓ ＨＩ Ｘｕ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ，ＬＩ Ｎ Ｓ ｈ ｅ ｎ
石墨烯的研究进展和应用前景
石墨烯的研究进展和应用前景随着科技的发展，人们对新材料的探索也相应得到了提高。
在众多新材料中，石墨烯在近年来备受关注。
其惊人的电学、物理、化学、力学等多方面的性质让科学家们对它的研究充满了热情，同时也带来了广泛的应用前景。
1. 石墨烯的特点石墨烯是一种由碳元素组成的二维材料。
它的特点在于单层结构、高度柔软、超薄且具有高度的机械强度、导电性和热极性，同时也有高电子迁移率和良好的机械柔性。
石墨烯单层的厚度在0.3-0.5nm之间，是碳原子在单元胞中沿平面平移形成的六角网格结构，并以sp2杂化形成。
它的物理特性让石墨烯成为下一代电子学、纳米电子学、材料科学、生物体科学等领域的理想材料之一。
2. 石墨烯的制备方法石墨烯的制备一直是一个热点和难点，从石墨中分离出石墨烯也是目前研究的难点之一。
石墨烯的制备方法主要包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、机械剥离法以及溶液剥离法等。
其中，化学气相沉积法是当前最主要的制备方式。
其实现方法为，在石墨表面加热并用气体环境使气体分解，产生碳和其他物种；随后，将碳沉积在金属基底上，形成石墨烯。
物理气相沉积法是以低温的物理操作还原二氧化碳到石墨。
机械剥离法通过对石墨表面进行力度控制，可实现石墨烯的剥离。
溶液剥离法通过溶解或剥离石墨中的小负载杂质，最终实现石墨烯制备。
3. 石墨烯的潜在应用由于石墨烯的非常规结构和独特特性，它在不同领域的应用过程中都显示出各自的潜在优势。
首先，石墨烯具有出色的抗氧化、耐磨性能和良好的导电性，因此在电子器件应用中具有广泛的应用前景。
其次，石墨烯在化学、生物物理、生物传感、芯片技术以及医学探测等领域也拥有巨大的应用前景。
此外，石墨烯还可以用于制备复合材料、增强材料、润滑剂、防腐涂料、聚合物，以及光伏发电等等方面。
总之，石墨烯的研究和应用前景仍有很大的发展空间。
随着石墨烯制备技术的不断改进和大规模生产技术的逐步完善，相信石墨烯将会进一步发挥其潜力，成为21世纪的重要材料之一。
石墨烯基材料及其应用技术研究
石墨烯基材料及其应用技术研究一、引言石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有高强度、高导热、高导电等优异性质。
近年来，石墨烯的研究领域不断拓展，尤其是基于石墨烯的材料开发和应用技术研究已成为研究热点。
本文将重点阐述石墨烯基材料及其应用技术研究的进展情况和发展前景。
二、石墨烯基材料的制备方法1.机械剥离法机械剥离法是一种制备石墨烯的传统方法，其原理是采用机械力将普通石墨材料从其表面剥离出单层石墨烯。
然而，这种方法制备的石墨烯质量较低，且剥离过程比较耗时，不适合大规模生产。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种将气态化合物在石墨或其他基底表面进行反应，使其沉积成薄层的方法。
该方法制备的石墨烯具有较高的质量和可控性，是一种重要的制备方法。
3.化学还原法化学还原法是将氧化石墨通过加热硫酸等还原剂还原成石墨烯的方法。
该方法成本较低，但由于还原过程中会生成大量副产物，制备的石墨烯质量较难控制。
4.化学剥离法化学剥离法是将氧化石墨通过酸处理、高温烘干等方式制备出单层石墨烯的方法。
该方法操作简便，但易造成环境污染。
三、石墨烯基材料的应用技术1.石墨烯波导石墨烯具有高导电性和高透明性的双重特性，可以用于制造光电器件，例如石墨烯波导。
石墨烯波导是一种基于石墨烯作为原材料制造的光导器件，具有低损耗、高速率等优点。
2.石墨烯场效应晶体管石墨烯场效应晶体管是一种可以控制电流的电子器件，其基本原理是将石墨烯作为半导体材料，利用电场调节石墨烯电荷载流子密度，从而控制器件的电阻变化。
3.石墨烯增强复合材料石墨烯具有高强度、高硬度等性质，可以加入到复合材料中，增强其力学性能。
例如，将石墨烯掺入金属或陶瓷基质材料中，可以显著提高其抗拉强度、硬度等性能。
4.石墨烯电池石墨烯电池是一种基于石墨烯制造的高性能电池，具有高能量密度、长寿命等优点。
石墨烯可以作为锂离子电池的电极材料，同时也可以用于其他类型的电池。
四、石墨烯基材料的市场应用前景石墨烯作为一种新兴材料，具有广阔的应用前景。
石墨烯的研究进展及应用前景概述
石墨烯的研究进展及应用前景概述石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，在2004年被诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次成功制备出来。
石墨烯具有出色的电子、热传导性能和机械强度，以及在纳米尺度下的光学性质，因此被认为是一种拥有广泛应用前景的材料。
1.制备技术：最早的石墨烯制备技术是机械剥离法，通过对石墨晶体进行力学剥离，得到石墨烯。
随后，还出现了化学气相沉积法、还原氧化石墨烯法、剥离法等制备方法，使得石墨烯的制备更为成熟和可控。
2.物性研究：石墨烯具有极高的电子迁移率和热导率，以及优异的光学特性。
研究者们通过实验和模拟等手段，深入探究了石墨烯的电子结构、光学性质和热传导机制，为进一步的应用开发奠定了基础。
3.功能化研究：为了进一步拓展石墨烯的应用领域，研究者们对石墨烯进行了各种功能化改性，如在石墨烯上引入杂原子或对石墨烯进行掺杂，以实现特定的电子、磁学或光学性质。
石墨烯的应用前景广阔，以下是几个重要领域的应用概述：1.电子学：由于石墨烯独特的电子特性，可应用于高速电子器件、柔性显示器件和传感器等领域。
石墨烯晶体管的特性使其成为下一代电子器件的理想候选材料。
2.光学与光电子学：石墨烯具有宽带吸收和强光学非线性特性，在传感器、光电转换器和光电子器件等领域有着重要应用。
石墨烯的光电转换效率高，可用于太阳能电池的制备。
3.储能技术：石墨烯的高比表面积和优异的电化学性能使其成为超级电容器和锂离子电池等储能设备的理想材料。
石墨烯的应用能够提高储能设备的能量密度和循环稳定性。
4.测量和传感：石墨烯对外界环境的微小变化非常敏感，因此可用于高灵敏度的传感器和检测器。
石墨烯传感器在气体传感、流体传感和生物传感等领域有着广泛的应用潜力。
5.材料增强：添加石墨烯可以显著提高材料的机械强度和导热性能，可应用于制备高强度复合材料和导热材料。
石墨烯的应用使得材料的性能得到大幅度提升。
《石墨烯基复合防腐涂料的制备及性能研究》范文
《石墨烯基复合防腐涂料的制备及性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，防腐涂料在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
为了满足对防腐性能、环保性能和耐久性的更高要求，新型防腐涂料的研究与开发显得尤为重要。
石墨烯作为一种具有优异物理、化学性能的新型纳米材料，其在防腐涂料中的应用研究已引起了广泛关注。
本文以石墨烯基复合防腐涂料的制备及其性能为研究对象，为推动该类涂料的实际应用提供理论依据。
二、石墨烯基复合防腐涂料的制备（一）材料与设备制备石墨烯基复合防腐涂料所需的主要材料包括石墨烯、树脂、颜料、溶剂等。
此外，还需准备搅拌机、喷枪、烘箱等设备。
（二）制备工艺1. 将石墨烯与树脂按一定比例混合，搅拌均匀；2. 加入颜料、溶剂等助剂，继续搅拌至均匀；3. 将得到的涂料混合物通过喷枪均匀喷涂在基材表面；4. 将涂装后的基材放入烘箱中，进行一定时间的烘烤，使涂料固化。
三、石墨烯基复合防腐涂料的性能研究（一）防腐性能通过盐雾试验、湿热试验等方法，对石墨烯基复合防腐涂料的防腐性能进行测试。
实验结果表明，该涂料具有优异的防腐性能，能够有效地抵抗盐雾、湿气的侵蚀，延长基材的使用寿命。
（二）耐候性能通过紫外老化试验、人工气候加速老化试验等方法，对涂料的耐候性能进行测试。
实验结果表明，石墨烯基复合防腐涂料具有良好的耐候性能，能够抵抗紫外线、温度变化等因素的影响，保持较好的外观和性能。
（三）力学性能通过硬度测试、附着力测试等方法，对涂料的力学性能进行测试。
实验结果表明，该涂料具有较高的硬度、良好的附着力，能够满足实际使用需求。
四、结论本文成功制备了石墨烯基复合防腐涂料，并通过实验研究了其防腐性能、耐候性能和力学性能。
实验结果表明，该涂料具有优异的防腐性能、良好的耐候性能和较高的力学性能，可广泛应用于石油、化工、海洋等领域的防腐保护。
此外，石墨烯的加入使得涂料的综合性能得到显著提升，为推动石墨烯基复合防腐涂料的应用提供了理论依据。
石墨烯复合材料的研究进展
ｂｅ ｏｍｅ ｔ ｏｐｉ ｆ ｒ ｄｏ ｓ ｉ ａ ｉ ｅ ｎ ｔｏ ｌ ｃ ｌ ｒ ．Ｄｉｆ ｒ ｎｔ ｐｒ ｐ ｒ ｔｏｎｓ ｆ ｒ ｐ ｎｅ ｂ ｓ ｄ ｃ ｓ ａ ｈｏ ｔ ｃ ｏ ｍｅ ｔｃ ｎｄ ｎｔ ｒ ａ ｉ ｎａ ｓ ｈｏ ａ ｓ ｆ ｅ ｅ ｅ ａ ａ ｉ ｏ ｇ ａ ｈｅ — ａ ｅ
ｃ ｍ ｐ ｉｅ ｍ ａ ｅ ｉｌ ｅ ｅ ｒ ｖ ｅ ｅ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｓ ｏ ｈｅ ｅｃ ｍ ｐ ｓ ｔ ａ ｅ ｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｆｅ ｄ ｕ ｅ ｃ — ｏ ｏｓｔ ｔ ｒａ ｓｗ ｒ ｅ ｉ ｗ ｄ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏｎ ｆｔ ｓ ｏ ｏ ｉｅ ｍ ｔ ｒａ ｓｉ ｈ ｉ ｌ ｓｏｆｓ ｐ ｒ ａ ｐａ ｉｏｒ ｌ ｈｉ ｍ ｔｅ ｉ ｓ ｅ ｅ ｔ ｏ ａ ａ ｙｓｓ ａ ｄ ｆ ｅ ｅ ｌ ｅ ｅ ｉ ｔ ｏ ｃ ｄ． ｃ ｔ ｓ，ｉ ｕ ｂａ ｔ ｒｅ ， ｌ ｃ ｒ ｃ ｔ ｌ ｉ ｎ ｕ ｌｃ ｌｓ ｗ ｒ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ｔ Ｋｅ ｒ ： ｒ ｐｈｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｇ ａ ｎｅ；ｃ ｍ ｐｏ ｉｅ ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｓｔ ｔ ｒａ ｓ；ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ； ａ ｐｌ ａ ｉ ｅ ｒ ｔｏ ｐ ｉ ｔｏｎ ｃ
石 墨烯 是 由单 层碳 原 子 组 成 的 六方 蜂 巢 状 二 维 结构 ， 是其 他维 的石 墨 材 料 的 基 础材 料 ． 可 以 它 包裹形 成零 维 富勒 烯 ， 起 来 形 成 一维 碳 纳 米 管 ， 卷 层 层堆 积 形成 三 维石 墨［ ． １ 自从 Ｇｅ 等 用胶 带 ］ ｉ ｍ 方法制 备 出石 墨烯 以来 ， 其就 引起物 理界 和化 学界 的轰动 和极 大 的兴 趣 ． 墨 烯 的 这 种 特殊 结 构 ， 石 使
第 ２ ５卷 第 ３期 ２）１年 ９月 （ １
石墨烯基复合材料制备与性能研究
石墨烯基复合材料制备与性能研究石墨烯是由一个碳原子单层构成的二维材料，具有优异的力学、电学、光学、热学和生物学等性能，是目前发现的最薄和最强的材料之一。
因此，石墨烯被广泛应用于电池、超级电容器、生物传感器、透明导电膜等领域，但石墨烯自身的应力和高成本限制了其更广泛的应用。
为了克服这些障碍，人们着手研究石墨烯基复合材料。
1. 石墨烯基复合材料的制备方法从文献中我们可以发现，制备石墨烯基复合材料的方法非常多，但可将其归结为以下几类：(1) 溶液法：其制备流程通常涉及将石墨烯加入有机溶剂中形成石墨烯溶液，然后加入所需的复合物质、表面活性剂、还原剂等，并经过加热、搅拌、干燥等处理最终得到复合材料。
(2) 机械混合法：可将石墨烯和填料一起混合，通过高效混合机进行均匀混合后，经过成型、加热固化等处理，形成复合材料。
(3) 化学气相沉积法：通常需要通过化学气相沉积方法在基底上制备出石墨烯，再通过化学气相沉积方法，向体内注入金属或无机复合材料，通过快速冷却使其形成复合材料。
2. 石墨烯基复合材料的性能研究石墨烯作为基材，通过复合改性可以克服石墨烯自身应力和高成本等缺点，提高材料的力学、电学、光学、热学等性能。
在不同领域的应用中，需要对其性能进行深入的研究。
(1) 电学性能石墨烯基复合材料的电学性能的研究已成为了近年来的重点和热点。
石墨烯本身具有非常好的电导率和透明度，而在复合材料中加入其他材料可以影响电子输运和电荷转移，从而改善其电学特性。
由于石墨烯自身具有的高电导率和高比表面积，使其与其他电极材料进行复合能够提高电池的储能密度、延长电池寿命。
(2) 光学性能石墨烯具有卓越的光学性能，具有很高的透明度、折射率和吸收率。
当石墨烯和其他材料进行复合时，在外部光的作用下，可产生显著的光学效应，如表面等离子共振、光学透镜、光学波导等。
这些石墨烯复合材料的光学效应将对可穿戴设备、生物医学、能源等领域的新型材料和器件产生重要的应用价值。
石墨烯光学性质及其应用研究进展
石墨烯光学性质及其应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功剥离以来，便以其独特的物理和化学性质引起了全球范围内的广泛关注。
特别是其光学性质，如强烈的光吸收、独特的电子结构和可调谐的光学响应等，使得石墨烯在光电子器件、太阳能电池、光电探测器、传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在综述近年来石墨烯光学性质的研究进展，并探讨其在各领域的应用前景。
我们将简要介绍石墨烯的基本结构和光学性质；然后，我们将重点综述石墨烯在光学领域的应用研究，包括但不限于光电子器件、太阳能电池、光电探测器等；我们将展望石墨烯光学性质的研究趋势和应用前景，以期为该领域的发展提供参考和启示。
二、石墨烯的光学性质石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，自其被发现以来，就因其独特的物理和化学性质而备受关注。
其中，石墨烯的光学性质尤为引人注目，为其在光电子器件、光电探测器、太阳能电池等领域的应用提供了广阔的前景。
石墨烯具有极高的光学透明度，单层石墨烯在可见光至红外波段内，透光率高达7%，这使得石墨烯成为透明电极的理想材料。
石墨烯还具有优异的导电性，其载流子迁移率极高，可在高速光电器件中发挥巨大作用。
石墨烯的特殊光学性质还表现在其独特的光与物质相互作用上。
由于石墨烯中的电子在强光场下可以被激发形成等离激元，这使得石墨烯在光调制、光探测等方面展现出独特的优势。
通过调控石墨烯中的等离激元，可以实现光的高效吸收和调制，为光电子器件的小型化和集成化提供了可能。
近年来，研究者们还发现了石墨烯在非线性光学领域的潜在应用。
石墨烯的非线性光学响应强烈，可以在强光激发下产生显著的非线性效应，如光学双稳态、光学限制等。
这些非线性光学性质使得石墨烯在超快光开关、全光信号处理等领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯凭借其独特的光学性质，在光电子领域的应用前景广阔。
未来随着石墨烯制备技术的不断发展和完善，其在光电器件、光电探测器、太阳能电池等领域的应用将会更加深入和广泛。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ＲＥＮ ｅ ｇ ｇ ｎ Ｐ ｎ —ａ ｇ
（ｈ ａｕ ｙｏ ｒ ｔ ｇａ ｄＰ ｃａ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ， ｉａ ｎｖｒ ｂ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉａｌ １０８ Ｃ ｉ ） Ｔ ｅＦ ｃｌ Ｐ ｉ ｉ ｎ ａｋｇｎ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｘ ’ｎＵ ｉ ｓ ＂ｆＴｃｎ ｌ ｙ Ｘ ’ｉ７０４ ， ｈｎ ｔ ｆ ｎｎ ｇ ｎ ｎ ｅｉ ｏ ｖ ａ
文献标识码
Ａ
文章编号
１７ ５５ （０２ ０ ０ — ９ ６４— ７２ ２ １）３— １ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ａ ｈｅ ｅ ａ ｄ Ｇｒ ｐ ｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆＧｒ ｐ ｎ ｎ ａ ｈ ｎｅ—Ｂａ ｅ ｎｏ ｏ ｐ ｓｔｓ － ｓ ｄ Ｎａ ｃ ｍ ｏ ｉｅ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｇｒ ｐ ｅ ｅ—ａ ｆａ ｎ ｌｙ ｒｏ ａｂ ｎ ａｏ ｓｔ ｈ ｌ ａ ｋ ｄ ｉ ｔ ｗｏ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｈ ｎ ｙ ｏ ａｔ ｅ —ｗａ ｓ ａ ｈ ｎ — ｔｍｏ ｏａ ｅ ｆｃ ｒ ｏ ｔ ｍ ｉ ｔｙ ｐ ｃ ｅ ｎ ｏ ａ ｔ ｌ ｇ —ｄｍｅ ｓｏ ｏ ｅ ｃ ｍｂ ｌｔ ｃ — ｓｄｉ— ｉ ｃ ｖ ｒ ｄ ｉ ０ ４．Ｄｕ ｏ ｉｓｕ ｕ ｕ ｌｍｏ ｅ ｕ ａ ｔｕ ｔｒ ｏ ｅｅ ｎ２ ０ ｅｔ ｔ ｎ ｓ ａ ｌｃ ｌ ｓｒ ｃｕｅ，ｇ ａ ｈ ｎ ｈ ｗｓｍ ａ ｙ ｎ ｖ ｌ ｎ ｑ ｅ ｐ ｙｓｃ ｌａ ｄ ｃ ｅ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｒ ｒ ｐ ｅ ｅ ｓ ｏ ｎ ｏ ｅ ，ｕ ｉ ｕ ｈ ａ ｎ ｈ ｍ ｃ ｌｐｏ ｅ — ｉ ｔｅ ，ｓ ｃ ｓｅ ｃ ｌ ｎ ｌｃｒｃ ｃ ｎ ｕ ｔ ｉｙ， ｔｅ ｍａ ｏ ｄ ｃｉｉｙ， ｔｅｍ ａ ｔｂｌｔ ｉｓ ｕ ｈ ａ ｘ ｅｌ ｔｅｅ ｔ ｏ ｄ ｃｉ ｔ ｅ ｉ ｖ ｈ ｒ ｌｃ ｎ ｕ ｔ ｔ ｖ ｈ ｒ ｌｓａ ｉ ｙ，ｍ ｅ ｈ ｎｃ ｌｐ ｏ ｅｔｅ ｎ ａ ａｒｅ ｉ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓ ａ ｄ ｇ ｓ ｂ ｒｉｒ ｐ ｏ ｅｔ ｒ ｐ ｒｙ．Ｇｒｐ ｅ ｅｈ ｓｂ ｅ ｔｒｃｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｏ ｅａｔｎｉ ｎ ａ ｄ ｎ ｗａ ａ ｓｈ ｓｂ ｃ ｍｅｆ ｒｓ ａｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅｈ ｒ ｏ ｆ ａ ｈ ｎ ａ ｅ ｎ ａｔａ ｔｎ ｒ ｎ ｒ ｔｅ ｔ ｎ ｏ ｄ ｙ ａ ｅ ｏ ｅｅ ｈ ｆ ｃ ｓｏ ｈ ｏ ｚ ｎｏ ｏ ｌ ｒ ｉ
中国印刷 与包装研 究 ２ １ ｆ第３ （ 卷 ） ０ ２Ｉ 期 第４ ￣
ＣＨＩ ＮＡ ＲＩ Ｐ ＮＴＩ ＮＧ ＡＮＤ ＡＣＫＡＧＩ Ｐ ＮＧ ＴＵ Ｓ ＤＹ Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ ２ １ ． １０ ． ０ ２ ６
专
论 Leabharlann Ｍ ＯＮＯＧＲＡＰＨ 石 墨 烯 及 石 墨 烯 基 复 合 材 料 研 究 进 展
ｔ ｎ，ａ ｄ ｃ ｅ ｃ ｌｅ ｆｌａｉｎ ｗｅ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ． Ｔｈ ｒｐ ａｉ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｆ ｇ ａ ｈ ｎ — ｂ ｓｄ ｎ ｎ ｃ ｍ ｐ ｓｔ ｓ ｎ ｌ ｄｎ ｉ ｏ ｎ ｈ ｍｉａ ｘ ｏｉｔｏ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｅ ｐ ｅ ａ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｒ ｐ ｅ ｅ ｒ ａ ｅ ａ ｏ ｏ ｏ ｉ ，ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｅ
ｎ ｎ ｍａ ｅ ｉ ｌ ｃ ｅ ｃ ． Ｔｈ ｒ ｐ ｅ ｅ—ｂ ｓ ｄ ｎ ｎ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓ ｅ ｖ ｄ ｆｏ ｇ ａ ｈ ｎ ｈ ｅ ｓ ｗｉｈ ｐ ｌ ｍｅ ｔ ｘ，ａ ｅ ｅ ｅ － ａｏ ｔｒａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｅ ｅｇａ ｈ ｎ ａｅ ａ ｏ ｏ ｏ ｉｅ ，ｄ ｒ ｅ ｒ ｍ ｒ ｐ ｅ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｏ ｙ ｒ ｍａ ｒ ｉ ｉ ｒ ｍ ｒ ｇ ｎ ｓ ａ ｎ ｗ ｌ ｓ ｆ ｍ ａ ｅ ａ ｓｔ ａ ｏ ｄ ｐｒ ｍ ｉｅ ｆ ｒ ｍ ａ ｙ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ．Ｈｅ ｅ ｎ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆ ｉ ｇ ａ ｅ ｃ ａ ｓ ｏ ｔ ｒ ｌ ｈ ｔｈ ｌ ｏ ｓ ｏ ｎ ｐ ｌ ｔｏ ｓ ｉ ｃ ｒｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｇａ ｈ ｎ ｒ ｐ ｅ ｅ，ｔ ｅ ｐ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｇ ａ ｈ ｎ ｈ ｒ ｐ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｒ ｐ ｅ ｅ，ｓ ｃ ｓ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｅ ｆ ｌａ ｉ ｎ，ｅ ｉ ｘ ａ ｒ ｗｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｃ ａ ｉ ａ ｘ ｏ ｉ ｔｏ ｐ ｔ ｉ ｌ ｇ ｏ ｈ，ｃ ｅ ｃ ｌｖ ｐ ｒ ｄ ｐ ｓ— ａ ｈ ｍｉ ａ ａ ｏ ｅ ｏ ｉ
烯基复合材料的制备及应用 已成为材料界研究的重点和热点。 本文 在简要介绍石墨烯的结构和性质的基础上 ，总结
Ｔｉ 年 来 石 墨烯 及 石 墨烯 基 复 合材 料 的 研 究 概 况 ，介 绍 了 四种 石 墨 烯 制 备 方 法 ； 述 了 石 墨 烯 基 复 合材 料 的 制 备 工 ￣ 概
艺； 并着重分析了石墨烯对其复合材料力学性能、导 电性能、导热和耐热性能以及 气体 阻隔性能的影响规律 ， 展望 了
石 墨烯 及 石 墨烯 基 复 合材 料 的 发 展前 景 及研 究方 向。 关键词 石 墨烯 ；聚合 物 ；纳米 复 合 材料 ； 备 ； 能 制 性
中图分类号
０ ３ ； ４ ６２ ０ ６
任鹏 刚 （ 理 工 大 学 印刷 包 装 工 程学 院 ，西安 ７０４ ） 西安 １０ ８
摘要
石墨烯作为一种新型二维平面纳米材料 ， 其特殊的单原子层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 、极佳的气体阻隔性能 等 ， 各种领 域均表现 出良好的应用前景 。 目前石墨烯及石墨 在