文档介绍：石墨烯/聚合物纳米复合材料
摘要: 石墨烯因为其特殊电导性、 机械性能和大表面积而含有巨大科研价值, 当加入合适时, 这些原子薄碳层能够显著提升关键高聚物物理性能。 我们首先根据从上到下战略回顾一下从氧化石墨到石墨烯生产工艺过程, 包含每种方法优点和缺点。 然后按溶解和熔融战略即分散化学和加热方法讨论降低氧化石墨在聚合物中含量。 对于微粒大小性质、 表面性质和在基体中离散性技术分析也有介绍。 我们总结石墨烯/聚合物纳米复合材料导电性、 导热性、 机械性能和阻气性。 我们结合石墨烯复合材料加工和可量测性总结这些见解列出最近挑战和这些新纳米复合材料远景。
1介绍
基于炭黑、 碳纳米管和层状硅酸盐聚合物纳米复合材料被用于增强聚合物机械性能、 导电性、 导热性和阻气性。 石墨烯极其特殊物理性能和能溶于多个基础聚合物结合发觉发明了一类新聚合物纳米复合材料。
石墨烯是由sp2杂化碳原子按蜂窝状结构排列成单层、 二维片状结构。 它被誉为其它全部不一样维数石墨碳同素体基础材料, 比如, 石墨（三维碳同素体）。 0维同素体, 富勒烯（足球烯）, 能够想象成单层石墨烯一部分卷曲成。 一维碳同素体, 碳纳米管和碳纳米带能够分别由单层石墨烯旋转和剪切制成。 实际上, 然而, 这些碳同素体, 除了碳纳米带, 全部不是由石墨烯合成。 石墨是一个天然生成材料, 它最早记载于1555年在英国Borrowdale, 不过它最早应用可向前追溯40。 在1985年发觉富勒烯后于1991年第一次合成单壁碳纳米管。 尽管生产石墨烯纳米片第一个方法报道能够追溯到1970年, 但对存在单层石墨烯在第一次被生产出来, 用微机械剥离方法从石墨中分离出石墨烯。
杨氏模量为1TPa和极限强度为130GPa, 单层石墨烯为测量出来最强材料。 它导热系数为5000W/cm3*KJ,和报道碳纳米束最高值上限相一致。 而且, 单层石墨烯有很高电导率, 高达6000 /cm, 而且不像碳纳米管, 手性特征不是影响电导率原因。 这些特征加之极高表面积（理论极限: 2630m2/g）和不透过气体性, 表明石墨烯对提升聚合物机械性质、 导电性、 导热性和阻气性巨大潜力。 因为石墨烯薄层性质引发巨大爱好而且发觉了它们生产方法, 世界各地科学家全部有在研究石墨烯, 研究石墨烯研究机构数目清楚地证实了这些爱好。 一个简单研究用石墨烯作为关键字从三个最常见数据库搜索, 比如IsI-wabvf Science, Science Direct and Sci Finder,图2所表示, 表明出版论文从到近3000篇速度增加。 用
“石墨烯复合物“作为关键字文件数目标简单趋势也可见于图2.
在这篇文章里, 我们专注于石墨烯/石墨烯复合物高聚物来评论这项文化。 我们首先评论准备石墨烯薄层不一样方法, 以这些方法适合高聚物复合应用为关键。 然后讨论表征石墨烯方法包含层数、 薄层厚度和化学改性。 石墨烯进入聚合物分散路径和生成聚合物/石墨烯复合物性质也被评论。 我们总结了这令人兴奋新纳米复合材料未来发展挑战
2．Bottom-Up石墨烯
石墨烯经过多个方法合成, 比如化学气相沉淀法、 CVD和epitaxial growth常常见于生产少许厚、 无缺点石墨烯薄层。 它们在生产用于基础研究和导电应用石墨烯薄片比机械剥离法更有吸引力。 但不是要求适于表面结构修改大量石墨烯薄片适合起源。 经过不一样bottom-up方法生产石墨烯自然性质、 平均大小和厚度, 而且每种方法优点和缺点总结在表里。
—Down石墨烯
在上—下过程, 石墨烯或改性石墨烯薄片是经过分离或剥离石墨或石墨衍生物（比如氧化石墨和石墨***化物）生产。 总而言之, 这些方法适适用于要求聚合物复合应用大规模产品。 从石墨或其衍生物开始比Bottom—up方法提供了显著导电优点。 石墨是一个常见材料, 。 所以, Top—down方法将讨论更多细节。 图3所表示一组图表总结了石墨或氧化石墨生产石墨烯或改性后石墨烯不一样路径汇汇报。 石墨中添加碱金属或酸能够扩大加热处理来生产由2层碳原子组成薄层被称作扩展石墨, 它常见作聚合物复合材料填料。
然而, 扩展石墨仍然维持石墨层结构。 最近, 经过***化石墨夹层化合物热扩散或微波放射酸分层被用研磨或超声球状物得粉状石墨得到一个更薄形状（1~10nm）扩展石墨被称作GNP。 因为石墨片大直径和刚度在加工中得到保留, 即使不能完全剥离, 在相当小负荷比时石墨或EG能够提升
在相当小负荷时, 比石墨或