郭准 赵玉真 赵阳

(西京学院理学院,陕西 西安,710123)

石墨烯(Graphene)是一种呈蜂巢晶格状的单层二维碳质材料[1],独特的二维晶体结构赋予石墨烯诸多优良特性,它是迄今为止世界上发现的最薄、最坚硬,电阻率最小的二维材料,几乎完全透明,具有优异的力学、热学、电学性能。其单层厚度仅为0.335 nm[2],比表面积理论上可高达2 630 m2/g[3],弹性模量可达1.0 TPa[4],理论强度约130 GPa[5],热传导率约5 000 W/(m·K)[6],电子迁移率达2×105cm2/(V·S)[7],透光率高达97.7%[8]。已在能源材料、电子工程、传感器、航天材料、废水处理、太阳能电池、防腐涂料等领域展现出广阔的应用前景。

近年来,研究者将石墨烯(氧化石墨烯或功能化石墨烯)作为一种新型纳米填料,加入到烯烃及其衍生物、胺基聚合物、各种树脂等高聚物中,制备出具有优良力学、热、电、摩擦、阻燃性能的新型石墨烯/高聚物复合材料,并在阻燃材料、电磁屏蔽材料、超级电容器、形状记忆材料等领域展现出广阔的应用潜力。

下面对石墨烯的制备和功能化改性方法作出简单介绍,重点对石墨烯/高聚物复合材料的制备方法和主要应用进行综述,并对该领域的发展前景进行展望。

1 石墨烯的制备方法

目前石墨烯主要的制备方法有机械剥离法[9]、溶剂剥离法[10]、化学气相沉积法[11]、氧化还原法[12]、外延生长法[13]等,各有优缺点,具体见下表1。

表1 石墨烯主要制备方法及优缺点

2 石墨烯的功能化改性

石墨烯具有很强的化学稳定性和表面惰性,会因强烈的吸附作用而产生团聚[14],在实际应用中,有必要通过共价键修饰、非共价键修饰等方法,对石墨烯进行功能化改性,提高其分散性能,使其能与高聚物基体更好的相互作用。……