石墨烯复合材料3 ppt课件
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温度和氧化还原引发剂浓度对接枝效率的影响： 氧化石墨烯表面接枝少量的聚合物时复合物→插层结构 接枝较多聚合物→剥落结构 复合物层间距随着接枝率的增加而增加
优点：聚合温度低和聚合速率快
石墨烯复合材料3
石墨烯及其聚合物复合材料的优良性能
1 导电性能：石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,是目前已知的具
目前,采用石墨烯片GNP提高其复合材料的热传导 性的聚合物包括:环氧树脂以及石蜡
石墨烯复合材料3
3 力学性能：石墨烯被认为是目前世界上强度最高的物质,添加 石墨烯可以增强聚合物的力学性能（一方面是由石墨烯片层的 长度决定而不是完全伸展的比表面积,另一方面熔融过程中颗粒 可能会团聚）
热性能： 墨烯的加入还会影响聚合物的玻璃转 温度Tg和结晶动力学（因为添加石墨 烯以后,聚合物链的运动受到限制。）
有最高迁移率的锑化铟材料的两倍,超过商用硅片迁移率的10倍以上。
聚烯烃、乙烯基和丙烯酸基类聚合物、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、天 然和合成橡胶。
用于电磁屏蔽、抗静电涂层、导电涂料等各个领域, 其中超级电容器是目前研究者关注较多的领域。
2 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。
用于小型化电子元器件、导热涂料、热 驱动的形状记忆聚合物的热管理。
氧化石墨烯复合材料
•常用聚合物基体：聚苯乙烯，聚苯胺等。 •思路：利用强质子酸处理原始石墨，然后加入强氧化剂氧化 （结构为准二维层状结构，层间包含羟基和羧基等活性基团） •直接插层法
• 利用溶剂的作用或通过机械剪切等物理作用将聚合物分子插入具有片层 结构的GO，形成纳米聚合材料。
•聚合插层法
• 预混合后加入引发剂引发聚合，热处理得到复合材料。
石墨烯复合材料3
非共价修饰法
主客体交互作用 范德华力 氢键作用 配位键作用 静电作用力 π-π 堆积作用
静电作用力
石墨烯复合材料3
静电作用力是制备石墨烯 -复合物的一种便捷手段 复合物的一种便 捷手段。
反应式：石墨烯的 羧基＋含胺的苯乙烯 →石墨烯-聚苯乙烯复合物
静电作用→缩氨酸-石墨烯的核-壳结构
石墨烯的 优点
3
4
导热率为3000-
5000W/mK，与碳纳
米管相当
石墨烯制备方法： • 机械剥离法
• 通过机械力从石墨晶体表 面剥离石墨烯片层
• 加热SiC法 • 加热单晶SiC脱除Si，在单 晶（0001）面上分解出石 墨烯片层
• 热膨胀法 • 微波加热厚度30um的石 墨鳞片得到纳米石墨片
• 化学法 • 合成六苯并蔻(HBC) ,然后 在FeCl3 或Cu (OTf) 2-AlCl3 作用下环化脱氢得到较大 平面的石墨烯
2、石墨烯的制备
3、成本问题
石墨烯复合材料3
Thanks!
石墨烯的结构
石墨烯复合材料3
• 完美的石墨烯是二维的，由六角元胞构成。 • 厚度：0.335nm
优良的增强体
石墨烯复合材料3
极强的力学性能：拉伸模量 1.01TPa，极限强度116GPa
2 1
优良的导电性，室 温下载流子迁移率 是硅的100倍
极薄极轻，厚 度为0.34nm， 比表面积为 2630m2/g
石墨烯复合材料3
石墨烯复合材料3
前言 应用 Solar cell Conductive wires Touch panel LED lighting Thin film display Thin film battery …… Redefining everything
石墨烯应用_超清. mp4
石墨烯复合材料3
↓
↓
核ห้องสมุดไป่ตู้
壳
高温处理，剩余石墨烯的壳结构，具有非常好导电性。
石墨烯复合材料3
共价修饰法
传统自由基聚合 原子转移自由基聚合（ATRP） 单电子转移自由基聚合（SET-LRP） 可逆加成 -断裂链转移基聚合（ RAFT RAFTRAFT） 开环聚合（ROP） 氧化还原聚合
石墨烯复合材料3
氧化还原聚合
以Ce (IV)和氧化石墨烯的羟基作为氧化还原剂组合在石墨烯表面接枝 聚苯乙烯（PS）、聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 等聚合物刷。
石墨烯复合材料3
石墨烯及其聚合物 复合材料
石墨烯复合材料3
新型增强体——石墨烯 什么是石墨烯？
石墨烯复合材料3
石墨烯的发现
2004年英国曼彻斯特大学两位科学家安德 烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫用微机械剥 离法制备并观测到单层石墨烯(Graphene),石 墨烯以其独特的结构和优异的性质迅速获得科 学界的青睐，两人在2010年获得诺贝尔物理学 奖。
透气性：
4 石 变
5、 无缺
石墨烯复合材料3
未来及展望
石墨烯的研究持续升温,使石墨烯/聚合物复合材料也得到了广泛关 注。它的应用领域涵盖了导电塑料、电极材料、航空材料、催化剂 载体等诸多方面，在抗静电薄膜、超级电容器以及航空材料领域的 发展也将会有更快的突破。
存在的问题： 1、石墨烯的添加在提高聚合物刚性的同时却导致聚合物断裂伸长 率的降低
优点：聚合温度低和聚合速率快
石墨烯复合材料3
石墨烯及其聚合物复合材料的优良性能
1 导电性能：石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,是目前已知的具
目前,采用石墨烯片GNP提高其复合材料的热传导 性的聚合物包括:环氧树脂以及石蜡
石墨烯复合材料3
3 力学性能：石墨烯被认为是目前世界上强度最高的物质,添加 石墨烯可以增强聚合物的力学性能（一方面是由石墨烯片层的 长度决定而不是完全伸展的比表面积,另一方面熔融过程中颗粒 可能会团聚）
热性能： 墨烯的加入还会影响聚合物的玻璃转 温度Tg和结晶动力学（因为添加石墨 烯以后,聚合物链的运动受到限制。）
有最高迁移率的锑化铟材料的两倍,超过商用硅片迁移率的10倍以上。
聚烯烃、乙烯基和丙烯酸基类聚合物、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、天 然和合成橡胶。
用于电磁屏蔽、抗静电涂层、导电涂料等各个领域, 其中超级电容器是目前研究者关注较多的领域。
2 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。
用于小型化电子元器件、导热涂料、热 驱动的形状记忆聚合物的热管理。
氧化石墨烯复合材料
•常用聚合物基体：聚苯乙烯，聚苯胺等。 •思路：利用强质子酸处理原始石墨，然后加入强氧化剂氧化 （结构为准二维层状结构，层间包含羟基和羧基等活性基团） •直接插层法
• 利用溶剂的作用或通过机械剪切等物理作用将聚合物分子插入具有片层 结构的GO，形成纳米聚合材料。
•聚合插层法
• 预混合后加入引发剂引发聚合，热处理得到复合材料。
石墨烯复合材料3
非共价修饰法
主客体交互作用 范德华力 氢键作用 配位键作用 静电作用力 π-π 堆积作用
静电作用力
石墨烯复合材料3
静电作用力是制备石墨烯 -复合物的一种便捷手段 复合物的一种便 捷手段。
反应式：石墨烯的 羧基＋含胺的苯乙烯 →石墨烯-聚苯乙烯复合物
静电作用→缩氨酸-石墨烯的核-壳结构
石墨烯的 优点
3
4
导热率为3000-
5000W/mK，与碳纳
米管相当
石墨烯制备方法： • 机械剥离法
• 通过机械力从石墨晶体表 面剥离石墨烯片层
• 加热SiC法 • 加热单晶SiC脱除Si，在单 晶（0001）面上分解出石 墨烯片层
• 热膨胀法 • 微波加热厚度30um的石 墨鳞片得到纳米石墨片
• 化学法 • 合成六苯并蔻(HBC) ,然后 在FeCl3 或Cu (OTf) 2-AlCl3 作用下环化脱氢得到较大 平面的石墨烯
2、石墨烯的制备
3、成本问题
石墨烯复合材料3
Thanks!
石墨烯的结构
石墨烯复合材料3
• 完美的石墨烯是二维的，由六角元胞构成。 • 厚度：0.335nm
优良的增强体
石墨烯复合材料3
极强的力学性能：拉伸模量 1.01TPa，极限强度116GPa
2 1
优良的导电性，室 温下载流子迁移率 是硅的100倍
极薄极轻，厚 度为0.34nm， 比表面积为 2630m2/g
石墨烯复合材料3
石墨烯复合材料3
前言 应用 Solar cell Conductive wires Touch panel LED lighting Thin film display Thin film battery …… Redefining everything
石墨烯应用_超清. mp4
石墨烯复合材料3
↓
↓
核ห้องสมุดไป่ตู้
壳
高温处理，剩余石墨烯的壳结构，具有非常好导电性。
石墨烯复合材料3
共价修饰法
传统自由基聚合 原子转移自由基聚合（ATRP） 单电子转移自由基聚合（SET-LRP） 可逆加成 -断裂链转移基聚合（ RAFT RAFTRAFT） 开环聚合（ROP） 氧化还原聚合
石墨烯复合材料3
氧化还原聚合
以Ce (IV)和氧化石墨烯的羟基作为氧化还原剂组合在石墨烯表面接枝 聚苯乙烯（PS）、聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 等聚合物刷。
石墨烯复合材料3
石墨烯及其聚合物 复合材料
石墨烯复合材料3
新型增强体——石墨烯 什么是石墨烯？
石墨烯复合材料3
石墨烯的发现
2004年英国曼彻斯特大学两位科学家安德 烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫用微机械剥 离法制备并观测到单层石墨烯(Graphene),石 墨烯以其独特的结构和优异的性质迅速获得科 学界的青睐，两人在2010年获得诺贝尔物理学 奖。
透气性：
4 石 变
5、 无缺
石墨烯复合材料3
未来及展望
石墨烯的研究持续升温,使石墨烯/聚合物复合材料也得到了广泛关 注。它的应用领域涵盖了导电塑料、电极材料、航空材料、催化剂 载体等诸多方面，在抗静电薄膜、超级电容器以及航空材料领域的 发展也将会有更快的突破。
存在的问题： 1、石墨烯的添加在提高聚合物刚性的同时却导致聚合物断裂伸长 率的降低