石墨烯基聚合物复合材料的制备与性能研究

• 作 者: 邰志新
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 石墨烯基聚合物复合材料 摩擦学 超级电容器 制备方法 抗菌性能 超级电容器能

本文围绕化学法制备的氧化石墨烯和石墨烯，借助现代制备工艺制备多种石墨烯基复合材料，同时，对其性能和机理进行了探讨。主要包括以下几部分内容:　　
(1)金属粒子/石墨烯纳米复合材料的制备及其抗菌性能研究。这里，我们在室温下合成银/石墨烯纳米复合材料，借助一种简单有效的液相聚合策略，在石墨烯表面接枝聚丙烯酸，使之具有捕获和还原银离子的能力，最终，得到的银/石墨烯纳米复合材料显示出4-8nm的银粒子均匀的分布于石墨烯纳米片上，并具有良好的抗菌性能。　　
(2)智能氧化石墨烯/聚丙烯酸纳米复合材料的制备及其电响应等性能研究。GO/PAA纳米复合凝胶借助一种简单的交联聚合反应在低温下被制备。GO/PAA纳米复合凝胶的研究结果表明其具有比纯PAA凝胶更加优异的力学性能。在添加了GO以后，GO/PAA纳米复合凝胶的电刺激响应行为优于纯PAA凝胶。因此，具有优异的溶胀和智能响应行为的GO/PAA纳米复合凝胶将在诸如水吸附剂、智能组织模型等高科技领域具有潜在的应用。　　
(3)石墨烯/碳纤维(GNS/CNF)和导电聚合物/石墨烯复合材料的制备以及其超级电容器能的研究。一种经过静电纺丝和热处理相结合的方法被用来制备自由的CNF/GNS复合纸。与纯CNF纸相比，所制备的复合纸保持了纯CNF纸的柔性，同时展示了比表面积和电化学性能的提高。因此，CNF/GNS复合纸可以是一种作为柔性电容器的低成本的备选材料之一。源于GNS作为松散的3D模板和导电聚合物聚苯胺(PANi)的增强效应，3DGNS/PANi复合凝胶的电化学性能最终得到了提高。另外，该材料还展示出了良好的循环稳定性和较高的容量。　　
(4)新型氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯复合材料作为人工骨关节材料的制备及其摩擦学研究。氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦学性能及在不同模拟人体环境中的润滑环境下的摩擦行为得到了考察，结果显示出该材料具有良好的耐磨性能，此外，该材料还表现出了优异的生物相容性。因此有望成为下一代人工骨关节替代材料。　　
(5)智能型石墨烯/聚氨酯(graphene/PU)复合材料薄膜的制备与性能研究。石墨烯纸作为活性物质，而聚氨酯则作为形状支撑材料。基于石墨烯纸良好的柔韧性和聚氨酯优异的形状保持能力，双层的graphene/PU复合薄膜可以被制成各种形状。同时，当温度升高时，复合薄膜还展示了优异的形变恢复能力。此外，该薄膜还表现出良好的电容性能和循环稳定特性。我们相信这两种材料性能的完美结合的设计思路有望成为下一代电容主流设计思想。