石墨烯（graphene）是近幾年來發(fā)展起來的一種新型二維無機(jī)納米材料，自從其發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯在化學(xué)、物理、材料、電子等各個(gè)領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。尤其是它極高的機(jī)械強(qiáng)度，出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以及豐富的來源（石墨），使其能作為一種理想的無機(jī)納米填料來制備聚合物復(fù)合材料。但是目前為止，石墨烯材料的大規(guī)模制備，以及如何將石墨烯均勻地分散到聚合物基體中并且優(yōu)化石墨烯與聚合物基體之間的界面作用力一直是科學(xué)界及工業(yè)界尚待解決的難題。本學(xué)位論文圍繞著這些問題，運(yùn)用了多種新穎的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制備了多種高性能的石墨烯/聚合物復(fù)合材料，這些材料在航空、運(yùn)輸、生物醫(yī)藥等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。氧化石墨還可以應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料的復(fù)合、催化劑負(fù)載等。北京導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

在碳納米管上負(fù)載納米粒子得到了廣泛的關(guān)注和研究，這種新型的納米結(jié)構(gòu)也已經(jīng)在生物醫(yī)藥、催化、傳感器的領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展。相對(duì)于碳納米管，石墨烯具有相似的穩(wěn)定的物理性質(zhì)，但是具有更高的比表面積，因此，在石墨烯上負(fù)載納米粒子同樣有希望得到新的納米結(jié)構(gòu)，并改變其物理特性而產(chǎn)生更為豐富的功能與應(yīng)用。除與納米粒子復(fù)合外，石墨烯與其他碳基納米材料也可復(fù)合組裝形成復(fù)合材料。Liu等人通過共價(jià)連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學(xué)性能得到了顯著提高。Yang等人將碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級(jí)電容器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為90%時(shí)比電容高達(dá)326.5F/g。同時(shí)，許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復(fù)合材料在制備透明導(dǎo)電薄膜方面的優(yōu)勢(shì)，他們發(fā)現(xiàn)石墨烯與碳納米管混合后制備的導(dǎo)電薄膜在性能上要優(yōu)于單一組分的導(dǎo)電薄膜。浙江石墨烯復(fù)合材料銷售GO氧化石墨（烯）為黃褐色或者黑褐色膏狀物料。

利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為2wt.%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)電率達(dá)到比較高2.9x10-2s/cm，作者認(rèn)為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。用格氏試劑將GO表面的羥基、環(huán)氧基和羧基格氏化，然后與TiCl4反應(yīng)可制備Ziegler-Natta催化劑。利用改性過的催化劑，原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO（PP-g-GO）復(fù)合材料11。該復(fù)合材料在PP樹脂中可均勻分散，減少了GO在PP中的團(tuán)聚。PP-g-GO在高溫（190°C）加工過程中，GO被初步還原，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。通過這種原位聚合的方式，1.52wt.%的GO添加量即可使復(fù)合材料達(dá)到導(dǎo)靜電的水平（10-6S/m）。

石墨烯的研究熱潮也吸引了國(guó)內(nèi)外材料制備研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年，Geim等***用微機(jī)械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)?；苽涫┑膯栴}方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。石墨烯產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子器件、儲(chǔ)能材料、傳感器、半導(dǎo)體、航天、復(fù)合材料以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

還原石墨烯以及改性的石墨烯已經(jīng)被用在藥物載體、活細(xì)胞成像、生物分子檢測(cè)等生物領(lǐng)域[50]。相比于碳納米管，石墨烯基材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，它不含金屬催化劑等雜質(zhì)，因此不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生生物應(yīng)激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性劑而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯極高的比表面積能使載藥量**提高。改性石墨烯同樣也被用在一些生物器件上，檢測(cè)生物細(xì)胞以及生物分子。它能作為界面對(duì)單個(gè)細(xì)菌進(jìn)行識(shí)別，也能作為無標(biāo)記，可逆DNA檢測(cè)器，或是作為一種極性特定的分子晶體吸附蛋白質(zhì)/DNA[123]。石墨烯適用于鋰離子電池正負(fù)極材料導(dǎo)電添加劑，可有效提高電池能量，改善循環(huán)壽命和倍率性能。河北導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料類型

氧化石墨烯應(yīng)用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復(fù)合材料領(lǐng)域。北京導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

由于氧化石墨烯上的含氧基團(tuán)，可以在特定條件下去除而部分恢復(fù)石墨烯的一些本征的性質(zhì)如導(dǎo)電性，因此，目前對(duì)于氧化石墨烯的應(yīng)用，主要是作為制備石墨烯以及石墨烯基復(fù)合材料的前驅(qū)體，用氧化石墨烯作為制備石墨烯前驅(qū)體的研究將在下個(gè)小節(jié)中重點(diǎn)介紹。實(shí)際上，由于氧化石墨烯本身所具有的一些吸引人的性質(zhì)，如二維納米結(jié)構(gòu)、活性的表面基團(tuán)、高比表面積、良好的力學(xué)性能等，氧化石墨烯也被***用于一些復(fù)合材料以及功能材料。中。。北京導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料研發(fā)