鉅大LARGE | 點擊量:2455次 | 2018年08月05日
石墨烯聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展前途如何?
近年來,人們創(chuàng)造性地將石墨烯與納米粒子復(fù)合起來,形成了一個新的研究領(lǐng)域??膳c石墨烯形成復(fù)合物的納米粒子有很多,如負(fù)載金屬納米粒子(Pt,Au,Pd,Ag等)、氧化物納米粒子(Cu2O,TiO2,SnO2等)以及硫化物納米粒子(CdS)等。這些不同負(fù)載粒子的石墨烯復(fù)合材料也呈現(xiàn)出了許多不同的性質(zhì)。
Kim等成功的把粒徑在2~5nm之間的納米銀粒子分散在石墨烯/聚吡咯中,制備出了銀-石墨烯╱聚吡咯納米粒子復(fù)合材料,表現(xiàn)出更好的電催化活性和比電容。
Chen等采用溶劑熱法合成石墨烯╱V2O5復(fù)合材料,粒徑在20~40nm之間,V2O5納米顆粒被包裹在二維石墨烯中,制備出的石墨烯╱V2O5復(fù)合材料與V2O5納米顆粒相比,表現(xiàn)出更強電化學(xué)性能。此外,石墨烯╱SnO2復(fù)合材料、石墨烯╱TiO2復(fù)合材料、石墨烯╱Co3O4復(fù)合材料、石墨烯╱MoO2復(fù)合材料、石墨烯╱Mn3O4復(fù)合材料等石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料相繼涌現(xiàn),與原金屬氧化物納米粒子相比,都具有更好的電學(xué)性能。*陶麗華等采用原位合成法制備了石墨烯╱CdS量子點復(fù)合材料,結(jié)果顯示,CdS量子點提高了石墨烯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和層間傳導(dǎo)性,從而相比于石墨烯表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。同時石墨烯╱CdS量子點復(fù)合材料不僅與電解液有良好的兼容性,而且還顯著地提高了電池的可逆容量。石墨烯同樣可以作為添加材料或載體與聚合物進行復(fù)合。石墨烯由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性能,在改善聚合物的熱性能、力學(xué)性能和電性能等方面具有相當(dāng)大的應(yīng)用價值。
Brinson等對功能化石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料做了系統(tǒng)的研究,他們發(fā)現(xiàn):在聚丙烯腈中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的功能化石墨烯片,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度既可提高約40℃;在聚甲基丙烯酸酯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的功能化石墨烯片,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度即可提高近30℃。這樣一來大大提高了這二種聚合物的模量、強度及熱穩(wěn)定性,遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于單層碳納米管聚合物復(fù)合材料,大大改善了聚合物的熱性能。添加適量的石墨烯也可以使基體聚合物的力學(xué)性能得到顯著地提高,克服了一般無機填料使用量大,且不能兼顧剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性與韌性同時提高的缺點。
Zhao等通過溶液混合法制備出石墨烯/聚乙烯醇(PVA)復(fù)合材料,其石墨烯含量為1.8vol%,并研究其力學(xué)性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn):復(fù)合材料的抗拉強度提高了150%,楊氏模量提高了10倍左右。
Vadukumpully等制備出石墨烯/聚氯乙烯(PVC)復(fù)合材料,結(jié)果表明:在石墨烯含量為2wt%時,復(fù)合材料的抗拉強度提高了130%,楊氏模量提高了58%,同時也改變了聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。*Zhang等采用熔融共混法制備出石墨烯/聚對苯二甲酸復(fù)合材料,石墨烯的存在大幅度提高了復(fù)合材料的電導(dǎo)率,當(dāng)石墨烯含量為3.0vol%時復(fù)合材料電導(dǎo)率可達到2.11S╱m。*Huang等采用原位聚合法制備了石墨烯/聚烯烴納米復(fù)合材料,結(jié)果表明:石墨烯含量為1.2vol%時復(fù)合材料電導(dǎo)率為3.92S╱m,而石墨烯含量為10.2vol%時,電導(dǎo)率為163.1S╱m。是的,石墨烯是我看過最好用的材料,幾乎涵蓋你所有看得到的產(chǎn)品都可以用得上。但你可得先搞清楚一件事,是因為石墨烯有多種不同優(yōu)異的特性,是要回頭以你想要改善功能的機理去思考,千萬不要以為加入石墨烯就可以萬能。石墨烯必須配合要求功能及基材特質(zhì)去「客制化」的。所以這樣才好玩呢。