使用高阻隔性能高分子薄膜,可防止由于氧氣等氣體的滲透而引起的微生物繁殖和封裝內容的氧化;防止香味、溶劑等的流出,提高內容物的儲存性。所以提高薄膜阻隔性能十分有必要,市場需求量巨大。高阻隔性包裝材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等與氧化石墨烯復合,可使復合材料的阻隔性能得到進一步提升。Wu等45人報道了表面活性官能化的氧化石墨烯(SGO)與雙(三乙氧基硅丙基)四硫化物(BTESPT)作為天然橡膠(NR)的多功能納米填料的研究結果。作者通過簡單的方法成功地將BtTPT分子接枝到氧化石墨烯的表面上,得到的SGO可以通過溶液混合在NR中實現精細分散。研究發現,在低填充量下,SGO***的改善了NR的氣體阻隔性能。圖5.5顯示了在25°C處測量的SGO/NR納米復合材料(P)的透氣性。將其與未填充NR(P0)進行比較,P/P0的值作為SGO加載量的函數進行了表示。很明顯,當SGO含量為0.3wt.%時,P/P0急劇下降至52%,此后緩慢下降。因此,0.3wt.%的SGO可與16.7%的粘土添加效果相媲美,大幅度改善NR的氣體阻隔性能。玻纖增強復合材料具有優異的力學與耐磨性能。常州導熱石墨烯復合材料圖片
聚合物太陽能電池常采用氧化銦錫(ITO)作為透明導電電極。其中ITO成本較高,機械穩定性較差,即使在很小的外界機械應力作用下ITO膜也易產生微裂紋導致膜電阻增加,從而使光電器件的性能下降。石墨烯優異的光學性能和機械強度及韌性,使其在柔性光伏器件的透明電極中具有更好應用潛力[97]。Xu等[98]將氧化石墨烯溶液旋涂成膜,然后在700 ℃下用肼蒸汽還原,所得石墨烯薄膜的薄層電阻為1.79×104 Ω/sq,電導率為22.3 S/cm,將其在有機光伏電池中(OPVs)作為透明電極,所得器件的功率轉換效率為0.13%。這種方法制備得到的石墨烯薄膜不僅可以用于有機光伏電池,還可以用于其他光學器件,例如平板顯示器等。Zhang等[99]對氧化石墨烯進行950 ℃熱還原,再使用標準工業光刻以及O2等離子體蝕刻工藝對還原的石墨烯薄膜進行精確可控地刻蝕,制備了石墨烯網狀透明電極(GME),提高了電極的透光率。常州導熱石墨烯復合材料圖片氧化石墨烯應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。
對于氧化石墨烯聚合物復合材料的諸多研究結果表明,氧化石墨烯及還原得到的石墨烯在高分子復合材料中具有的力學、電學、阻隔、熱學等著作性能提升等應用優勢。目前復合了氧化石墨烯高分子復合材料,已經被廣泛的應用于超級電容器、醫療用品、耐高溫型材料制造、阻隔薄膜以及耐低溫型材料制造等方面,進一步提升了復合材料的性價比甚至增添了新的功能,為石墨烯基復合材料的發展奠定了穩定的基礎和提供了巨大的推動力。除了在有機基體材料里作為功能添加,氧化石墨烯和石墨烯也可在無機材料體系中復合,發揮其性質并得到相關應用。
化學氧化還原法制備石墨烯是**有希望實現工業化宏量生產的方法之一,與其它方法相比,化學氧化還原法具有成本低廉、工藝簡單、生產設備簡易、單次產量比較大、產品層數集中(1~3層)等諸多優點,但其石墨烯的sp2雜化完美結構很難通過還原的方式完全恢復,難以得到電、熱等方面的優異性能[28-29].氧化石墨還原法是先用強氧化劑將石墨氧化,通過氧化反應在石墨邊緣接上一些羧基,并在石墨層間插入一些環氧基團、羥基和酮基,使石墨層間距增大,范德華力變小,環氧基團、羥基和酮基等基團的引入有利于石墨片層的剝離.氧化石墨經適當的超聲波剝離處理,得到氧化石墨烯納米片.然后再還原剝離的氧化石墨烯片,常用的還原劑有水合肼、硼氫化鈉、抗壞血酸、對苯二酚等,然而這些還原劑的毒性大,對人體和環境均易造成傷害,因此尋找無毒、無害的綠色還原劑或還原方式顯得尤為迫切.還原可以去除氧化石墨烯的大部分環氧基團、羥基、酮基,制備出還原氧化石墨烯納米片,但氧化石墨烯邊緣的羧基很難被還原.由于強氧化劑的氧化作用,氧化石墨烯雖然經過一定的還原劑還原,其晶格結構得到一定的修復,但很難完全還原到石墨六角蜂巢狀結構。 應用于鋰電正負極材料,還可以應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。
對氧化石墨烯的化學還原早在1962年就有過文獻報道,Boehm等人發現片層氧化石墨能在堿性,水合肼,硫化氫或二價鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年,Ruoff等人系統的研究了水合肼對氧化石墨烯的還原,他們先將氧化石墨在水中進行超聲剝離得到穩定分散的氧化石墨烯水溶液,再加入水合肼,并在80°C左右回流,發現隨著反應的進行,許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來。說明隨著含氧基團的離去,石墨烯片層間的π-π共軛作用增強致使石墨烯在水中發生了不可逆的團聚[89]。這種團聚現象可以通過對氧化石墨烯的表面修飾得到控制,比如,Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)后再進行還原,由于PSS與石墨烯的非共價作用,抑制了石墨烯的團聚,得到了穩定的單層石墨烯溶液[90]。隨后,各種表面活性劑[91],共軛聚合物[92,93],共軛小分子[94,95]等也被用來非共價修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對之進行共價改性也能抑制石墨烯的團聚,如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對氧化石墨烯改性,再用二甲肼還原,同樣得到穩定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對氧化石墨烯進行共價改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。第六元素石墨烯產品品種多。常州導熱石墨烯復合材料圖片
氧化石墨易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。常州導熱石墨烯復合材料圖片
數量的上升,防腐蝕的重要性也越來越突出。據相關統計數據顯示,在世界范圍內每年因為腐蝕造成的經濟損失在7000億美元以上,我國每年因為腐蝕帶來的經濟損失也在8000億元人民幣以上。由此可以看出防腐蝕的重要性。而石墨烯作為一種新型的材料,在防腐蝕性能上表現較為優異,也常常被用作防腐橡膠。當前較為常見的應用是在環氧防腐橡膠中添加適量的石墨烯,制作成為一種新的防腐橡膠。其表現出來的性能不僅具有傳統環氧防腐橡膠中的陰極保護作用,而且在耐水性、耐硬度等方面更高,使得**終表現出來的防腐蝕性能遠超出傳統的防腐橡膠。常州導熱石墨烯復合材料圖片