石墨烯_橡胶纳米复合材料_唐征海

《石墨烯_橡胶纳米复合材料_唐征海》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7期高分子学报No．72014年7月ACTAPOLYMEＲICASINICAJul．，2014·综述·*石墨烯/橡胶纳米复合材料11＊＊2＊＊1唐征海郭宝春张立群贾德民1(华南理工大学材料科学与工程学院高分子系广州510640)2(北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029)摘要石墨烯具有极高的力学性质和导电/导热性质，在橡胶复合材料中具有广阔的应用前景．本文首先简要综述了石墨烯的制备和功能化，而后重点介绍了石墨烯/橡胶复合材料的制备方法、性能及相关的结构-性能关系研究的现状，并对石墨烯/橡胶复合材料研究的挑战和机遇进行了展望．关键词橡胶，石墨烯，纳米复合材料2橡胶在室

2、温下具有独特的高弹性，其作为一种石墨烯是由单层碳原子通过sp杂化紧密堆重要的战略性物资，广泛应用于国民经济、高新技积成二维蜂窝状晶格结构的一种新炭材料，它也术和国防军工等领域．然而，未补强的橡胶强度是构建其它维度碳质材料(如零维富勒烯、一维低、模量低、耐磨差、抗疲劳差，没有实用性，因此对碳纳米管、三维石墨)的基本单元．石墨烯具有超于绝大多数橡胶都需要填充补强．目前，炭黑高的力学性能(模量约1100GPa，断裂强度约1303(CB)和白炭黑(SiO2)作为橡胶主要的补强剂，广GPa)、低密度(约2．2g/cm)、高导热性能且高度泛使用于各种橡胶制品中．在橡胶补强的同时，由各向异性(面内50

3、00W/(mK)，面外2W/42于橡胶材料固有的黏弹滞后损耗和橡胶内部的填(mK))、高电子迁移率(高达2×10cm(V2料-填料、填料-大分子链以及大分子链之间的摩S))、高比表面积(极限值可达2630m/g)和高阻［6～8］擦，动态环境下使用的橡胶制品会产生大量的热隔性能等．石墨烯表现出来的独特物理和电量，产生的热量不能及时地传导出去将导致橡胶内子特性，使其在纳米器件、复合材料、传感器、锂电［9～12］部急剧升温，使其性能劣化，因此需要提高橡胶制池、储氢材料等领域有着巨大的应用前景．品的导热性来提高其动态使用下的使用性能和使与其他填料如CB、SiO2、CNTs、黏土等相比，石墨用寿命

4、．同时，随着橡胶制品的多样化，很多应用烯作为橡胶纳米填料，具有更高的比表面积、强领域如防过电流/过热元件、开关、传感器、密封器度、弹性、热导率和电导率等．目前，多种石墨烯/件等需要橡胶制品具有抗静电、导电性或气体阻隔橡胶复合材料被广泛研究，包括天然橡胶［13，14］［15］性等．面对橡胶制品的功能性需求，发展低填料含(NＲ)、丁腈橡胶(NBＲ)、乙丙橡胶［16］［17］［18］量和高增强效率(降低生热)，同时具有功能性的(EPDM)、SBＲ、IIＲ、热塑性弹性体苯乙［19］纳米填料(黏土、碳纳米管(CNTs)、石墨烯等)/橡烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)等．石墨烯不［1～3］胶复合材

5、料的制备与研究显得尤为重要．如仅能明显提高复合材料的物理机械性能，同时赋［8］Zhang等通过溶液共混法制备有机改性黏土/丁基予其功能性．本文将综述石墨烯/橡胶复合材橡胶(IIＲ)复合材料，加入8vol%有机改性黏土时，料的制备与设计、结构和性能的研究进展．复合材料的300%定伸强度和拉伸强度分别提高［4］1石墨烯及其衍生物的制备与功能化约1．2和2．3倍，氮气渗透性下降22%．对比炭黑，CNTs填充的丁苯橡胶(SBＲ)具有更高的强度，1．1石墨烯制备［5］更高的导热率和电导率．目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离*石墨烯/高分子复合材料专辑;2014-03-18收稿，2014-04-

6、21修稿;国家自然科学基金(基金号51222301)和北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室开放基金资助项目．＊＊通讯联系人，E-mail:psbcguo@scut．edu．cn;zhanglq@mail．buct．edu．cndoi:10．11777/j．issn1000-3304．2014．14083865866高分子学报2014年［6］［20，21］［22］［25］法、溶液液相剥离法、外延生长法、化还原和化学还原，如图1所示．［23］［24］学气相沉积法和还原氧化石墨烯法．这些热还原是指GO在高温下脱除表面的含氧基制备方法有着各自的优缺点，如机械剥离法简单，团并释放大量气体，从

7、而还原并剥离GO．可获得高品质的石墨烯，但重复性差、产量和产率Ｒamanathan将GO置于石英管内，在惰性气氛下很低;溶液液相剥离法制备过程简单且未破坏石快速(＞2000K/min)升温到1050℃，制备了热墨烯面内原子结构，但该法效率低，而且单片层和膨胀石墨烯(TEG)．将TEG填充到聚甲基丙烯多层石墨烯共存，很难将单片层石墨烯分离出来;酸甲酯中，发现只加入0．05wt%的TEG，复合材外延生长法可制备得到大面积的单层石墨烯，但