石墨烯复合材料的结构、制备方法和原理

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1、１６２０１４年增刊Ⅱ(４５)卷文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１４)增刊(Ⅱ)Ｇ１６Ｇ０６∗石墨烯复合材料的结构、制备方法和原理胡忠良,陈艺锋,李娜,丁燕鸿,刘富生,张伟(湖南工业大学冶金工程学院,湖南株洲４１２００７)摘要:石墨烯复合材料具有优异的性能和广泛的构及性能与其制备方法及相关的制备原理密切相关,潜在用途,目前对石墨烯复合材料的性能及应用已有对石墨烯复合材料制备进行深入的解析及总结,对于较多的文章进行了详细的综述,但对石墨烯复合材料石墨烯复合材料的设计、制备方法的改进,从而提高其制备方法的原理却很少进行系统论述.综述了石墨烯性能,拓展其应用范围具有十分重要的意义.本文系复合

2、材料的基本结构、制备方法和原理、制备方式,并统介绍了石墨烯复合材料的结构、制备方法及其基本对石墨烯表面的功能化改性进行了阐述,最后对各种原理、与材料制备密切相关的石墨烯表面改性,并对各石墨烯复合材料的制备方法和过程逐一作了介绍,同种石墨烯复合材料的制备逐一进行了介绍.时对今后石墨烯复合材料制备需要解决的问题作了展２石墨烯复合材料的结构及制备方法望.关键词:石墨烯复合材料;制备方法;制备原理;石墨２．１石墨烯复合材料的起源及结构类型烯功能化虽然石墨烯在２００４年才在实验室制备出来,但石[７]中图分类号:O６１３．７１文献标识码:A墨烯复合材料的制备却可以追溯到２０世纪.当时DOI:１０．

3、３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１４．增刊(Ⅱ)．００３由于对石墨烯的化学、物理性质缺乏足够的了解,因此对这些复合材料的应用开发研究也没有得到足够的重１引言视.直到２００６年Ruoff课题组在水及有机溶液中通石墨烯具有超高的强度、优良的导电性、禁带宽度过还原氧化石墨烯,得到了具有良好分散性及稳定性为零、良好的导热性以及室温量子霍尔效应、室温铁磁的石墨烯,并在此基础上制备出具有优异导电性的石[１Ｇ２][８Ｇ９]性等特殊性质,是材料学及相关领域研究的热点.墨烯/聚合物复合材料,石墨烯复合材料的制备和研究表明石墨烯及其复合材料在电子、信息、能源、材应用研究才开始得到应有的重视

4、.料和生物医药等领域具有广泛的应用前景,可望在２１石墨烯复合材料的制备目前主要为氧化石墨还原[３Ｇ６]世纪掀起一场新的技术革命.尽管石墨烯材料目法,即以氧化石墨为前驱体,通过各种方式剥离、分散前取得了重要进展,在某些领域已处于走向实际应用氧化石墨,得到氧化石墨烯,再还原得到具有良好分散的重要阶段,然而,目前对石墨烯复合材料的制备缺乏性的石墨烯,最终通过复合第二种成分,从而制备出石系统的归纳和总结,已有的相关综述大多集中在复合墨烯复合材料.如图１所示,按照石墨烯与第二成分材料的性能及应用等方面,而对其制备方法的制备原的组合方式及结构的不同,可以将石墨烯复合材料分理却鲜见系统综述.众所周知

5、,石墨烯复合材料的结为３类.图１３类石墨烯复合材料的结构Fig１ThreetypesofgrapheneＧbasedcomposites在第(１)类复合材料中,石墨烯形成了一个连续米材料,如金属、金属化合物和炭纳米管等.在第(２)相,作为基体材料支撑第二组分材料,而第二组分材料类复合材料中,石墨烯和第二组分都是连续相.层层以纳米颗粒形式粘附在石墨烯上,它们一般是无机纳自组装法(LBL)制备的复合材料薄膜就属于该类复合∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(２１３７６０６９,５１２７４０９４);湖南省自然科学基金资助项目(１２JJ３０５１,１３JJ９０１２,１３JJ３１０８)收到初稿日期:

6、２０１４Ｇ０２Ｇ２０收到修改稿日期:２０１４Ｇ０８Ｇ２５通讯作者:胡忠良,EＧmail:david１０１０３＠sina．com作者简介:胡忠良(１９６８－),男,湖南岳阳人,博士,副教授,主要从事新型炭材料及能源材料研究.胡忠良等:石墨烯复合材料的结构、制备方法和原理１７材料,该类复合材料主要应用于能量转换及贮存.在制备方法可以按图２所示分为３类:(１)先石墨烯化第(３)类复合材料中,石墨烯作为一个填充相,分布在法:石墨烯在第二组分复合前已经合成;(２)后石墨烯第二组分的基体中,第二组分是连续相,它们一般是聚化法:先合成出包含石墨烯前驱体(即氧化石墨烯)和合物或者是无机化合物,该类复合

7、材料往往因为含有第二组分的复合物,再将该前驱体还原成石墨烯;(３)石墨烯而具有优异的机械和导电性能.同步石墨烯法:石墨烯和第二组分同时在一个体系中２．２石墨烯复合材料的制备方法同时生成,且在复合材料形成过程中此２种成分进行按照合成石墨烯的先后过程,石墨烯复合材料的共混.图２３种石墨烯复合材料的制备方法Fig２Threegeneralmethodsforthepreparationofgraphenebasedcomposites在先石墨烯化法中