河北合成石墨烯复合材料研发

目前的负极材料中，硅被认为是相当有有潜力的负极材料之一，因为它在自然界中含量多，还具有低的嵌锂电位和很高的理论比容量。存在的问题是在锂离子脱嵌过程中，硅的体积变化比较明显，使得材料与负极集流体之间粘结性变差，造成电池循环性能的大幅度下降。同时硅还会在电池循环过程中出现团聚现象，引起电池容量的迅速下降。将硅材料和石墨烯进行复合，石墨烯可以抑制硅材料在充放电过程中的团聚，减缓硅材料的体积变化，从而提高电池的容量和循环性能。此外，石墨烯有助于电解液的浸润，从而提高电池的性能。He等通过喷雾干燥法制备了一种高性能的石墨烯/硅复合材料（图6.1），将氧化石墨烯与纳米硅超声混合，通过喷雾干燥后在700℃下进行煅烧得到复合材料，在200mAg-1的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502mAhg-1，其容量保持率为98%，说明该石墨烯/硅复合材料具有良好的循环性能利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。河北合成石墨烯复合材料研发

石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，自从其发现以来，石墨烯在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。尤其是它极高的机械强度，出色的导电和导热性能，以及丰富的来源（石墨），使其能作为一种理想的无机纳米填料来制备聚合物复合材料。但是目前为止，石墨烯材料的大规模制备，以及如何将石墨烯均匀地分散到聚合物基体中并且优化石墨烯与聚合物基体之间的界面作用力一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了多种新颖的方法实现了对石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制备了多种高性能的石墨烯/聚合物复合材料，这些材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。常州导电石墨烯复合材料石墨烯抗静电阻燃复合材料高氧指数，以及良好的流动性与力学性能。

随着我国经济的发展以及对于基础建设的大力推进，**、易施工、价廉的混凝土的用量日益增加，然而由于混凝土基体内部存在微裂缝和孔隙的缺陷，导致混凝土容易遭受一些腐蚀介质如氯盐、硫酸盐等的侵蚀，从而使混凝土构件的服役寿命缩短。利用纳米材料来提高混凝土结构的耐久性能已成为目前研究的重要内容。Wang95等研究发现当GO的添加量为0.02wt.%时，可使水泥基复合材料的28天抗压和抗折强度分别提高40.4%和90.5%，水泥基材料在3d龄期的放热量及放热速率下降50%，这在很大程度上减少了由于水泥水化热的作用导致温度应力而出现裂缝。可见GO的添加既能够增强水泥基的力学强度，又能够减小外界腐蚀因子对水泥的侵蚀，从而提高了水泥的耐久性能。

石墨烯表面呈惰性，不含任何活性基团，所以与聚合物基体之间的作用力非常小，同时对加工处理也造成了一定的困难。而氧化石墨烯表面由于大量的亲水基团，因此与大多数非水溶性的聚合物也会发生不相容的情况。因此，对石墨烯以及氧化石墨烯进行表面改性是制备聚合物/石墨烯复合材料过程中经常会采用的一个步骤。由于氧化石墨烯表面含有丰富的羧基、羟基以及环氧等基团，可以通过多种化学反应以这些活性基团为反应点对石墨烯进行改性，因此利用氧化石墨烯为前驱体制备共价改性石墨烯是目前**常用的一种方法。氧化石墨烯分散液为棕黑色溶液。

对氧化石墨烯的化学还原早在1962年就有过文献报道，Boehm等人发现片层氧化石墨能在碱性，水合肼，硫化氢或二价铁离子的条件下还原成只含少量H和O的碳纳米片层[49]。2007年，Ruoff等人系统的研究了水合肼对氧化石墨烯的还原，他们先将氧化石墨在水中进行超声剥离得到稳定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，发现随着反应的进行，许多黑色固体颗粒从溶液体系中沉淀下来。说明随着含氧基团的离去，石墨烯片层间的π-π共轭作用增强致使石墨烯在水中发生了不可逆的团聚[89]。这种团聚现象可以通过对氧化石墨烯的表面修饰得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）后再进行还原，由于PSS与石墨烯的非共价作用，抑制了石墨烯的团聚，得到了稳定的单层石墨烯溶液[90]。随后，各种表面活性剂[91]，共轭聚合物[92,93]，共轭小分子[94,95]等也被用来非共价修饰还原石墨烯。还原氧化石墨烯之前对之进行共价改性也能抑制石墨烯的团聚，如Ruoff等人先用异氰酸苯酯对氧化石墨烯改性，再用二甲肼还原，同样得到稳定的石墨烯溶液[96]。用聚合物对氧化石墨烯进行共价改性后再还原也是目前常用的制备可溶性石墨烯的方法。高导电石墨烯铜复合材料的电导率可以达到108-118 % IACS，高于单晶铜和银的电导率。河北附近石墨烯复合材料图片

氧化石墨烯分散液（SE3122、SE3522）。河北合成石墨烯复合材料研发

CNTs和石墨烯具有独特的结构，用作NR复合材料的增强填料可以赋予橡胶制品**度、高耐磨、导电和导热等性能，拓宽橡胶材料的应用范围。碳纳米材料/NR复合材料的开发及应用发展潜力大，是功能性橡胶材料的一个重要发展方向。目前，我国CNTs和石墨烯工业产品的成本较高，其与NR复合材料的研究大多还处于试验研究阶段。随着CNTs和石墨烯在聚合物基体中的分散技术和作用机理研究的进一步深入以及市场规模化，CNTs和石墨烯在NR领域的大规模应用将得到快速发展，**推动我国NR复合材料的发展，提升我国橡胶工业的竞争力。河北合成石墨烯复合材料研发