上海制造石墨烯复合材料图片

在碳纳米管上负载纳米粒子得到了广泛的关注和研究，这种新型的纳米结构也已经在生物医药、催化、传感器的领域取得了一定的进展。相对于碳纳米管，石墨烯具有相似的稳定的物理性质，但是具有更高的比表面积，因此，在石墨烯上负载纳米粒子同样有希望得到新的纳米结构，并改变其物理特性而产生更为丰富的功能与应用。除与纳米粒子复合外，石墨烯与其他碳基纳米材料也可复合组装形成复合材料。Liu等人通过共价连接的方法制备了石墨烯/富勒烯复合材料，发现富勒烯修饰后的石墨烯非线性光学性能得到了显著提高。Yang等人将碳纳米管与石墨烯混合制备了一种新型的超级电容器，发现当石墨烯含量为90%时比电容高达326.5F/g。同时，许多课题组也证明石墨烯/碳纳米管复合材料在制备透明导电薄膜方面的优势，他们发现石墨烯与碳纳米管混合后制备的导电薄膜在性能上要优于单一组分的导电薄膜。氧化石墨含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，更高的氧化程度，更好的剥离度。上海制造石墨烯复合材料图片

由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。合成石墨烯复合材料资料氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。

当前，石墨烯材料研究领域真正的挑战是如何低成本、大批量地生产高质量的石墨烯薄层,从而进行大规模应用.石墨烯材料的制备思路可分为自上而下从石墨或碳纳米管剥离得到石墨烯与自下而上地用分子合成石墨稀两种（图1）[23].前者以石墨稀和碳纳米管为原料通过机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等方法将石墨片层从石墨中剥离出来，后者通过含碳化合物以化学气相沉积和有机合成等途径来合成石墨烯。机械剥离法直接从石墨出发，通过一定的机械力将石墨片层剥离，可以制备得到缺陷较少的石墨烯材料.Geim小组就是通过“撕胶带”的机械剥离法***制备出了单层石墨烯.

外，其他方面的应用也和聚合物导电性的提升紧密相关。例如，应用原位聚合法可以将氧化石墨烯与导电聚合物材料进行复合。这一方法可以在保证制备得到的超级电容器电极高充放电性能和高稳定性的同时提升电容器的安全性。聚合物和氧化石墨烯复合材料已经被广泛应用于电容器电极材料中，制备的电容器电极材料的比电容可达421.4F/g甚至更高50-52。因此，还原后的氧化石墨烯作为填料对提升聚合物的导电性能具有明显的效果，极大地促进了各种高分子材料在电容器及多种电子元件生产中的应用。石墨烯防腐浆料中分散有少层石墨烯，且具有较高的稳定性。

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。氧化石墨烯分散液（SE3122、SE3522）。合成石墨烯复合材料资料

石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。上海制造石墨烯复合材料图片

氧化石墨烯（GO）是化学氧化法制备石墨烯的一种中间产物，具有SP2（C=O、C=C等）和SP3（C-C、C-O-C、C-OH等）杂化结构，表面带有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，这些含氧官能团丰富了其表面活性，赋予了GO更多有趣的理化和生物学特性。GO具有以下特性：（1）良好的亲水性，由于GO表面带有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，使片层间存在静电斥力，因此可以很好的分散在水中；（2）具有较大的比表面积（2630m2/g），赋予GO超高的载药能力；（3）独特的两亲性，由于同时含有疏水性的平面与亲水性的边缘，使其具有特殊的表面性质，疏水***物和染料可通过π-π堆积或疏水作用等对GO进行非共价修饰而负载，而含氧官能团等亲水性边缘可为功能化修饰提供活性位点；（4）固有的光学性质及光热转换能力，使GO不仅能实现***细胞的生物成像，还能在***水平上实现光热***；（5）优异的机械性能，可以改善生物支架材料的空隙结构和机械性能，包括抗压强度和抗曲强度，而且可以加强支架的生物活性。基于这些特性，GO已被广泛应用于生物医学和复合材料等研究领域，尤其在药物载体、生物成像、**的光热***及组织再造工程等方面表现出了巨大的应用潜力。上海制造石墨烯复合材料图片