石墨烯导电高分子复合材料资料
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石墨烯导电高分子复合材料 研究进展
武涛 汤颖颖 王经逸 贾红兵 橡塑技术与装备· 2014年02期40卷
主讲 成员
XXX
XXX XXX XXX
目录
• 一、摘要
• 二、石墨烯简介
• 三、石墨烯 / 聚合物导电复合材料的制备方法
• 四、石墨烯的功能化改性处理 • 五、石墨烯/聚合物导电复合材料的应用 • 六、结语
一、摘要
综述了有关填充型导电高分子复合材料的研究 进展及其应用，重点介绍并比较了石墨烯（Gr）/聚 合物导电高分子复合材料的制备方法，讨论了石墨 烯的功能化改性处理。
二、石墨烯简介
自2004年石墨烯（Graphene，Gr）被英国曼彻斯特大 学两位科学家Andrew Geim和Konstantin Novoselov用一 种简单的胶带剥离方法首次制得后，石墨烯便成为科学家 研究的新宠。 密堆积排列具有二维蜂窝状结构的新材料碳原子以共 价键结合，每个碳原子发生sp2杂化，这使得每个碳原子 剩余的p轨道上都有一个电子，这些电子之间相互作用， 在石墨烯垂直平面上形成一个无穷大的离域大π 键，在这 个大π 键中电子可自由移动，这就使得石墨烯的电导率高 达106s/m。 石墨烯的独特结构，使其在能源电池，电容导体，传 感器件，吸波材料等领域有十分广泛的应用前景。以石墨 烯为填料可大大改善聚合物的导电、导热及力学性能。
五、石墨烯/聚合 物复合材料应用
应
太 阳 能 电 池 超 级 电 容 器
用
度传 或感 浓器 度（ ）温
防吸 腐波 涂材 料料 及
1、石墨烯/聚合物导电复合材料的电导率与其使用环境 （如温度、湿度、气体浓度等）、填料浓度等相关，因 此可将导电复合材料用作温度或浓度的敏感传感器。改
变复合材料中石墨烯填料的浓度可以制备适用于任何条
物理剥离法
石 墨 烯 的 制 备 方 法
主要是通过超声波剥离等机械手段 对石墨进行剥以得到 片层石墨烯
化学还原法
先将石墨氧化成氧化石墨（GO）， 然后将GO通过还原剂（如水合肼、硼氢 化钠等）还原成Gr。
碳管转换法 电泳沉淀法
三、石墨烯 / 聚合 物复合材料的制备
制备 方法 1.熔熔 共混法
的意义，在某些领域石墨烯/聚合物导电复合材料扮演着更加重要的
角色。但真正实现石墨烯/聚合物导电复合材料的工业化生产还需要 解决一些问题。
首先是改进复合材料的制备方法，改善石墨烯在聚合物基体中的
分散状态；其次，石墨烯填料在导电高分子材料具体的导电机理如何， 石墨烯与聚合物基体之间的相互作用机理等尚未有十分明确的解释， 仍需进行大量的研究。
2、溶液共混法
溶液共混法通常是将Gr稳定的分散在有机溶剂中，然后将
聚合物基体加入到Gr分散液中；有将聚合物基体分散于有机溶 剂中，再向分散液中加入Gr。再通过机械搅拌、超声分散以及 冷冻干燥等技术制得Gr/聚合物导电复合材料。 对比：一般来说，采用溶液共混法制得的导电复合材料的导
电性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比较熔融共混法，
性能都是有帮助的。
4、原位还原法
原位还原法实际上是利用GO易分散于溶剂中的性能，先 将分散于溶剂中的GO加到聚合物基体分散液中，通过充分 的搅拌、超声振荡Baidu Nhomakorabea手段将GO与聚合物基体充分混合均匀，
然后加入还原剂（如水合肼）对GO进行充分还原，将反应
产物进行干燥即得到Gr/聚合物复合材料。 对比：这与前三种方法相比，此法能将Gr均匀地分散 于基体中，因此研究较为广泛。
5、聚合物插层法
聚合物插层法是指通过机械剪切力或溶剂作用将聚 合物分子插入到Gr片层中去，从而得到Gr/聚合物复合 材料。 特点：通过这种方法制得的复合材料中聚合物分子与Gr
之间的相互作用更加显著，因次通过此法能更大程度提
升材料的各方面性能。
四、石墨烯的 功能化改性处理
改 性 处 理 的 分 类
件下的高电流或温度传感器。 2、利用石墨烯/聚合物导电复合材料的相对密度小、电 导率较大以及比表面积大等特点可用作电池的电极材料。 3、石墨烯/聚合物导电复合材料作为优良导体有许多出
众的特点,例如电导率可调及电导性好、耐腐蚀、加工性
强、柔韧性好等。
六、结语
石墨烯/聚合物导电复合材料在实际应用及理论研究中都有重大
共价键改 性石墨烯
氧化石墨烯 的共价修饰
非氧化石墨烯 的共价修饰
非共价键改性石墨烯
共价键改性石墨烯
石墨烯的共价 键功能化改性主要 是通过石墨烯或石 墨烯衍生物（如GO） 进行多种化学反应， 将有机高分子或小 分子基团通过共价 键与石墨烯片层相 连接
非共价键改性石墨烯
非共价键功能化 改性是指利用π-π 相互作用、物理共混、 氢键及离子键等非共 价键相互作用，促使 修饰分子对石墨烯表 面进行功能化改性， 形成稳定的分散体系 的改性方法
5.聚合物 插层法
2.溶液 共混法
3.原位 聚合法
4.原位 还原法
1、熔融共混法
熔融共混法通常是将GO经过剥离及还原制成Gr，然后 将Gr加入到粘流状态的聚合物基体中，通过密炼、挤出、 注塑和吹塑成型制得复合材料。
特点：混合温度、挤压受力等对复合材料的导电性能都会
有影响，故使用熔融共混法时选择合适的混炼工艺是十分 重要的。
溶液共混法通过机械搅拌或超声分散等一些物理手段能将石墨 烯更均匀地分散于聚合物基体中。
3、原位聚合法
所谓原位聚合法就是将Gr与聚合物单体混合，然 后通过加入引发剂等方法使单体聚合，最后制得Gr/聚
合物复合材料。
特点：这种方法可以较为显著地增强Gr与基体之间的 相互作用，对电导率的提高有一定的作用。原位聚合 法可一定程度上在Gr和聚合物基体间引入化学键，这 些化学键的引入对导电复合材料的导电、导热及机械
武涛 汤颖颖 王经逸 贾红兵 橡塑技术与装备· 2014年02期40卷
主讲 成员
XXX
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目录
• 一、摘要
• 二、石墨烯简介
• 三、石墨烯 / 聚合物导电复合材料的制备方法
• 四、石墨烯的功能化改性处理 • 五、石墨烯/聚合物导电复合材料的应用 • 六、结语
一、摘要
综述了有关填充型导电高分子复合材料的研究 进展及其应用，重点介绍并比较了石墨烯（Gr）/聚 合物导电高分子复合材料的制备方法，讨论了石墨 烯的功能化改性处理。
二、石墨烯简介
自2004年石墨烯（Graphene，Gr）被英国曼彻斯特大 学两位科学家Andrew Geim和Konstantin Novoselov用一 种简单的胶带剥离方法首次制得后，石墨烯便成为科学家 研究的新宠。 密堆积排列具有二维蜂窝状结构的新材料碳原子以共 价键结合，每个碳原子发生sp2杂化，这使得每个碳原子 剩余的p轨道上都有一个电子，这些电子之间相互作用， 在石墨烯垂直平面上形成一个无穷大的离域大π 键，在这 个大π 键中电子可自由移动，这就使得石墨烯的电导率高 达106s/m。 石墨烯的独特结构，使其在能源电池，电容导体，传 感器件，吸波材料等领域有十分广泛的应用前景。以石墨 烯为填料可大大改善聚合物的导电、导热及力学性能。
五、石墨烯/聚合 物复合材料应用
应
太 阳 能 电 池 超 级 电 容 器
用
度传 或感 浓器 度（ ）温
防吸 腐波 涂材 料料 及
1、石墨烯/聚合物导电复合材料的电导率与其使用环境 （如温度、湿度、气体浓度等）、填料浓度等相关，因 此可将导电复合材料用作温度或浓度的敏感传感器。改
变复合材料中石墨烯填料的浓度可以制备适用于任何条
物理剥离法
石 墨 烯 的 制 备 方 法
主要是通过超声波剥离等机械手段 对石墨进行剥以得到 片层石墨烯
化学还原法
先将石墨氧化成氧化石墨（GO）， 然后将GO通过还原剂（如水合肼、硼氢 化钠等）还原成Gr。
碳管转换法 电泳沉淀法
三、石墨烯 / 聚合 物复合材料的制备
制备 方法 1.熔熔 共混法
的意义，在某些领域石墨烯/聚合物导电复合材料扮演着更加重要的
角色。但真正实现石墨烯/聚合物导电复合材料的工业化生产还需要 解决一些问题。
首先是改进复合材料的制备方法，改善石墨烯在聚合物基体中的
分散状态；其次，石墨烯填料在导电高分子材料具体的导电机理如何， 石墨烯与聚合物基体之间的相互作用机理等尚未有十分明确的解释， 仍需进行大量的研究。
2、溶液共混法
溶液共混法通常是将Gr稳定的分散在有机溶剂中，然后将
聚合物基体加入到Gr分散液中；有将聚合物基体分散于有机溶 剂中，再向分散液中加入Gr。再通过机械搅拌、超声分散以及 冷冻干燥等技术制得Gr/聚合物导电复合材料。 对比：一般来说，采用溶液共混法制得的导电复合材料的导
电性要比采用熔融共混法制得的材料高。相比较熔融共混法，
性能都是有帮助的。
4、原位还原法
原位还原法实际上是利用GO易分散于溶剂中的性能，先 将分散于溶剂中的GO加到聚合物基体分散液中，通过充分 的搅拌、超声振荡Baidu Nhomakorabea手段将GO与聚合物基体充分混合均匀，
然后加入还原剂（如水合肼）对GO进行充分还原，将反应
产物进行干燥即得到Gr/聚合物复合材料。 对比：这与前三种方法相比，此法能将Gr均匀地分散 于基体中，因此研究较为广泛。
5、聚合物插层法
聚合物插层法是指通过机械剪切力或溶剂作用将聚 合物分子插入到Gr片层中去，从而得到Gr/聚合物复合 材料。 特点：通过这种方法制得的复合材料中聚合物分子与Gr
之间的相互作用更加显著，因次通过此法能更大程度提
升材料的各方面性能。
四、石墨烯的 功能化改性处理
改 性 处 理 的 分 类
件下的高电流或温度传感器。 2、利用石墨烯/聚合物导电复合材料的相对密度小、电 导率较大以及比表面积大等特点可用作电池的电极材料。 3、石墨烯/聚合物导电复合材料作为优良导体有许多出
众的特点,例如电导率可调及电导性好、耐腐蚀、加工性
强、柔韧性好等。
六、结语
石墨烯/聚合物导电复合材料在实际应用及理论研究中都有重大
共价键改 性石墨烯
氧化石墨烯 的共价修饰
非氧化石墨烯 的共价修饰
非共价键改性石墨烯
共价键改性石墨烯
石墨烯的共价 键功能化改性主要 是通过石墨烯或石 墨烯衍生物（如GO） 进行多种化学反应， 将有机高分子或小 分子基团通过共价 键与石墨烯片层相 连接
非共价键改性石墨烯
非共价键功能化 改性是指利用π-π 相互作用、物理共混、 氢键及离子键等非共 价键相互作用，促使 修饰分子对石墨烯表 面进行功能化改性， 形成稳定的分散体系 的改性方法
5.聚合物 插层法
2.溶液 共混法
3.原位 聚合法
4.原位 还原法
1、熔融共混法
熔融共混法通常是将GO经过剥离及还原制成Gr，然后 将Gr加入到粘流状态的聚合物基体中，通过密炼、挤出、 注塑和吹塑成型制得复合材料。
特点：混合温度、挤压受力等对复合材料的导电性能都会
有影响，故使用熔融共混法时选择合适的混炼工艺是十分 重要的。
溶液共混法通过机械搅拌或超声分散等一些物理手段能将石墨 烯更均匀地分散于聚合物基体中。
3、原位聚合法
所谓原位聚合法就是将Gr与聚合物单体混合，然 后通过加入引发剂等方法使单体聚合，最后制得Gr/聚
合物复合材料。
特点：这种方法可以较为显著地增强Gr与基体之间的 相互作用，对电导率的提高有一定的作用。原位聚合 法可一定程度上在Gr和聚合物基体间引入化学键，这 些化学键的引入对导电复合材料的导电、导热及机械