鞣酸改性石墨烯

通过鞣酸改性石墨烯吸附和去除溶液中的罗丹明B

刘坤平、李慧敏、王一鸣、苟小军、段一祥四川大学以及一系列的赘述

关键字：石墨烯、鞣酸、罗丹明B、吸收动力学

摘要：一种用于纳米合成鞣酸改性石墨烯简便且绿色的方法会减少鞣酸的用量，也会减少哪些改变石墨烯表面物化性质以提高吸收效率的反应试剂。随后，那些制备好的TA-G将会用于研究罗丹明B的吸收行为。由于强烈的相互作用和静电吸引，TA-G在RB的吸收行为中有很好的表现，吸收等温线符合LANGMUIR模型，实验数据也大概符合LANGMUIR模型计算的最大理论溶解度201mg/g。溶解动力学与pseudo-second-order模型相一致并且化学吸附溶解的速率控制步骤。因而，纳米合成的TA-G将会是去除溶液中罗丹明B理想的吸附剂，也会打开石墨烯在环境应用的潜力之门。

1、简介

被用于各行各业，比如纺织、涂料、食物、橡胶、药用、化妆行业的着色。它在水中释放的有害物质会污染环境，有些物质甚至会致癌严重危害健康。RB是一种重要的水溶性有机染料，广泛用于纺织物、食物、和生物工程的着色剂。因其怀疑有致癌性质，因而被禁用多年。但是随着工业的发展和不合法产业的出现，RB仍有机会进入食物链中危害人类健康。由于环境影响，去除染料溶液中有害物质尤为重要。如今，物理和化学方法都被用于处理颜料污染问题，如吸附、氧化、电化学氧化以及光催化氧化。其中，吸附是成本最低、效率最高的方法。很多的吸附剂如活性炭，自然物质，生物吸附剂都被用于吸收过程。最近，由于纳米科技和纳米材料的发展，为了提高效率，纳米材料以其优越的比表面积会吸附大量颜料而被广泛应用，并且取得了良好的效果，然而由于大量的染料和技术花费问题，也存在着很大的难关。

石墨烯，一种拥挤的蜂窝状的单层二维碳源子结构，引起了人们的广泛兴趣。这是由于他有大量的自然优越性能；大量的特殊比表面积、优越的电导性能、电子移动性能而被用于纳米电子设备、传感器和纳米合成材料。由于大型的电子移位体系，石墨烯会与苯环化合物建立强烈的反应，也是本化合物一种很好的候选吸附试剂。但是石墨烯在水中更倾向于聚结成块，这是由于存在范德华力，限制了很多的优越性能，他的优越性能会在更少的层或单层结构展现。因而，经常用共价究石墨烯。鞣酸是一种高分子量聚酚化合物，它含有大量笨磷二酚和焦培酸，独特的减少EGO的能力。并且由于TA结构中有大量的苯环结构他还可以通过作为改良物质吸收单个石墨烯通过反应来获得纳米合成鞣酸石墨烯。石墨烯TA-G，会提高他们的物化性质来提高在水中稳定性。然而，在我们的知识层面内，还没有，报道过用TA-G来去除有机染料污染物。

在这项工作一种用于纳米合成鞣酸改性石墨烯简便且绿色的方法会减少鞣酸的

用量，也会减少哪些改变石墨烯表面物化性质以提高吸收效率的反应试剂。随后，那些制备好的TA-G将会用于研究罗丹明B的吸收行为。由于强烈的相互作用和静电吸

引，TA-G在RB的吸收行为中有很好的表现，吸收等温线符合LANGMUIR模型。溶解

动力学与pseudo-second-order模型相一致并且化学吸附溶解的速率控制步骤。因而，纳米合成的TA-G将会是去除溶液中罗丹明B理想的吸附剂，也会打开石墨烯在环境

应用的潜力之门。

2、实验

2.1、设备和试剂

罗明B（RB），单宁酸（TA）和石墨粉末（KS-10）购自Sigma。所使用的所有其它化学品均为分析纯的，无需进一步纯化即可使用。制备所述的Milli-Q系统（Millipore公司，公称电阻18.2 M_厘米）在所有实验中使用的超纯水。所有的pH值进行了测量与小灵通-3B数字pH计（上海海雷磁设备厂，上海，中国）。场发射扫描电子显微镜（FESEM）做在一个Kevex JSM-6701（日本）。传输ELEC特隆显微镜（TEM）图像，使用200千伏的加速电压由JEOL2100获得。上的Nicolet6700进行FT-IR分析进行（热）傅立叶变换红外spectrome之三。通过UV-Vis光谱被记录的Unico2802PC UV-Vis分光计。

2.2、TA-G的制备

氧化石墨烯（GO）的合成，从天然石墨粉末经修改后的^ h ummers和Offeman 方法[19]。然后转到分散在水中，并进行超声剥离的方法，得到黄棕色分散在ultrasonica-器2小时，接着以3000rpm离心以去除任何unexfoliated GO得到均质的剥离石墨烯氧化物（EGO）分散。接着，将4g单宁酸被加入到三颈烧瓶中，其中已含有100.0毫升该均匀EGO分散体中并搅拌30分钟，直到单宁酸（TA）已完全解决了。将所得混合物加热至95?℃并使下搅拌环9小时进行反应。最后，将黑色丹宁酸官能石墨烯（TA-G）由三个过滤和水洗周期得到，然后在真空中干燥。此外，如在一个反面-控制实验的比较，纯石墨烯还制备用水合肼减少EGO无需添加任何官能试剂。

2.3。由TA-G吸附和去除RB

RB被用作模型染料来研究，所制备的TA-G的吸附行为。简言之，将10毫克的TA-G的加入到一系列的RB溶液给定浓度的（8.0，16.0，32.0，64.0，128.0，256.0，512.0毫克的L-1），分别然后NaOH溶液将pH值用调整为11。该悬浮液充分混合经超声15分钟，然后与在25?下在空气浴摇床过夜摇动。温育后，将悬浮液在20,000rpm 下离心20分钟，上清液的吸光度测定紫外可见分光光度计在555nm处确定使用内置用不同浓度的RB标准溶液的校正曲线的无界的RB。除非具体注明，在相同的条件下进行下面的吸收实验。调查吸收的动力学，RB（16.0，64.0，256.0毫克的L-1）的三个初始浓度被选择使用类似的方法来研究的实验参数，如温育时间，培养温度，pH值，和离子强度的影响上面提到的。

3.结果与讨论

3.1。 TA-G特点

绿色和一锅法用于通过使用单宁酸作为还原和官能化试剂来制备新颖的单宁酸官能石墨烯。还原的氧代基团EGO的和TA对石墨烯的边界由紫外 - 可见和红外光谱证实。如示于图4中的紫外可见光谱。图1A，TA（曲线a）表现出强烈的芳香?键和弱 - [R键在212和276纳米，分别。 EGO（曲线b）示出了在231纳米有强吸收和肩在300nm处，其对应于π—π*、n-n*CC和CO键上EGO表面，分别转换。还原后，纯石墨烯（曲线d）中，在231处的峰偏移到270毫微米表示石墨烯的共轭网络的恢复。峰在300消失纳米反映脱氧[20]的效果。然而，对于TA-G（曲线C），它显示了两个强大的吸附债券在212和276纳米，这是与TA一致。在石墨烯为270nm

的债券应合并与债券在TA的276纳米。这表明，已经删除了氧组EGO和TA已成功为界对石墨烯表面。

另外，如图中的FT-IR光谱图。如图1B所示，该规范 - 茶EGO的（曲线a）揭示OH的存在下（3400厘米-1），CO（1730厘米-1），CC（1620厘米-1），和CO（1050厘米-1）[21 ]。还原后，将显着降低或纯石墨烯（曲线b）氧代基团的吸附带的消失表明EGO成功地降低了。此外，COM-相比具有TA的标准光谱的TA-G（曲线C）在俄亥俄州的特征峰（3420厘米-1），CH（3100厘米-1），O（1700厘米-1），COC（ 1330厘米-1）清楚地表明，功能性，石墨化与TA。另外，如图中的FT-IR光谱图。如图1B所示，该规范 - 茶EGO的（曲线a）揭示OH的存在下（3400厘米-1），CO（1730厘米-1），CC（1620厘米-1），和CO（1050厘米-1）[21 ]。还原后，将显着降低或纯石墨烯（曲线b）氧代基团的吸附带的消失表明EGO成功地降低了。此外，COM-相比具有TA的标准光谱的TA-G（曲线C）在俄亥俄州的特征峰（3420厘米-1），CH （3100厘米-1），O（1700厘米-1），COC（ 1330厘米-1）清楚地表明，功能性，石墨化与TA。

在TA-G的形态是由扫描电镜和透射电镜观察到的技术。如图SEM图像在图4的插图。 1C，TA-G显示了一个跌宕起伏不均匀的表面和表像滚动真丝皱波面纱。的TEM图的图象。图1C显示出石墨烯的总图，并明确示出了在平面内的一些波纹和滚动还观察石墨的薄片状的形状。原子力显微镜（AFM）亲志愿组织的直接方法来表征的TA-G的形态和厚度。从代表AFM图像和横截面随着AFM中所示的TA-G图像的线分析。图1D中，starchGNS的厚度为约3.0纳米的比为约0.8纳米的平均厚度的EGO这明显更厚。这个结果表明，单宁酸已附着在石墨烯的两侧。

3.2、RB对TA-G吸附等温线

RB，TA-G，和TA-G与吸附RB的紫外 - 可见吸收光谱示于图。 2.如可以看到的，TA-G（曲线b）指出了两个强吸收键在212和276纳米。与铷边界之后，RB在567纳米的特征键以RB / TA-G（曲线C），其具有12纳米红移相比RB在555纳米（曲线a）的特性键被观察到。红移的原因可能是，RB分子有四个芳香环，可以形成_π-π结构，TA-G层。因此，它表示的RB已成功地吸附在TA-G的表面上，形成的RB / TA-G的复合物。

吸附等温线可以揭示在液相和固相中的吸附分子的分布，当吸附过程达到平衡状态。平衡吸附进行实验，以评估对TA-G的RB溶液和RB用的TA-G的吸附等温线的吸附量作为吸附剂，如图3A。

铈（毫克的L-1）表示RB的吸附，它可以从上层溶液的紫外可见值根据RB的校正曲线进行计算后的RB的在水相中的平衡浓度。另外，量子效率（毫克G-1）表示的TA-G下RB中的平衡吸附量在吸附平衡，其中每吸附剂的单位质量重新吸附的RB的FL学分的重量上，并且可以使用初始（C 0）和平衡来计算浓度RB的（CE）。如图。如图3A所示，平衡吸附量QE随平衡浓度Ce的增加和吸附等温线的斜率逐渐减小。当初始浓度高于16.00毫克的L-1下，RB的音响最终平衡浓度比2.74毫克的L-1以下，并移除英法fi效率高于82.88％。为了描述吸附平衡，三个经典吸附模型朗缪尔，符合Freundlich和特姆金模型用于分析的吸附平衡数据和三种模型给出;

1QE = 1qm + 1KLqmCeLangmuir模型）

LN QE = LN KF + 1nln（Freundlich模型）

QE = KTln + KTln（铁姆肯模型），

其中，QM是每单位重量吸附的理论最大吸附量（毫克G-1），KL，KF， KT是朗缪尔，符合Freundlich吸附常数，铁姆肯车型，分别为。然后，n是符合Freundlich 线性指数，其提供了如何有利是吸附过程和f是theTemkin等温线恒定的指示。Langmuir吸附等温线是基于吸附发生在吸附剂由单分子层吸附于特定网络连接?均质网站而不吸附分子之间的任何相互作用的假设。所有吸附位等于拥有自动对焦无穷的吸附和吸附达到其完整的单层形成吸附分子的上表面吸附后的最高水平。它通常用于描述均匀表面[22]的平衡吸附等温线。在对比朗缪尔，所述Freundlich模型假定吸附剂表面能是不均匀的。据推测，在更强的结合位点被占据第一个和结合强度与站点占用的增大程度减小。 n的值不仅从线性度偏差的量度尽管如此告知的吸附位的异质性程度。作为斜率1 / n的接近0时，所述表面位点的异质性增加[23]。的Temkin模型是用于根据正和负电荷[24]之间的强静电相互作用的化学吸附的适当模型。它考虑了一些间接的山梨酸/吸附相互作用的影响吸附等温线，并假设，用的吸附层中的所有分子的热量会线性地覆盖[25]降低。图3B-D示出的RB的三个模型平衡吸附线性拟合结果到TA-G和三个等温线的模型参数总结于表1中很明显，在Langmuir和特姆金等温线音响拟合很好与实验数据测试的浓度范围（相关系数音响cient R2分别为0.9981和0.9807，）。而Freundlich模型（R2 = 0.9248），也相当科幻拟合。这些结果表明，吸附过程是一致

朗缪尔单层化学吸附的假设，可能有在吸附从所述的Temkin模型的过程中的静电相互作用。通过密集堆积相互作用，芳族吸附的RB被吸附在TA-G的表面上。此外，由于带负电荷的石墨烯和带正电的RB之间的石墨烯和静电相互作用的大的特殊表面面积，RB的加载上的TA-G表面的量可大大提高。因此，从表1中，根据Langmuir 模型提供了理想的最大吸附容量（QM），为模型拟合参数被计算为201毫克克 - 1，这是比其它吸收剂，例如剥落的纳米Fe3O4较高（161.8毫克克-1）[26]，高岭（46.08毫克G-1）[27]，树脂（28.57毫克G-1）[28]，等等。因此，由于高吸附能力和简单的合成，对TA-G的纳米材料可以被认为是一个有希望的吸附剂。

3.3。吸附动力学

初始浓度和吸附时间是重要参数(qe)TA-G RB的吸附能力。如图4所示,在三种不同初始浓度的RB 16.0,64.0,和256.0 L?1毫克,RB的吸附容量TA-G增加随着初始浓度的增加,吸附时间。此外,RB在介质的吸附能力和较低的初始浓度达到平衡在短期内,虽然需要长时间在高初始浓度。它表明,平衡时间与RB的初始浓度。因此,一夜之间吸附时间选择在接下来的实验,以确保所有样品达到吸附平衡。为了阐明TA-G RB的吸附动力学过程,三个符合一级动力学模型,pseudo-second-order和traparticle扩散被认为是解释实验数据和三个模型的数学表示如下:其中，qe和qt的是RB的吸附的TA-G在平衡时的量和给定的时间t（毫克G-1），k1为速率常数一阶模型吸附（分-1），K2是二阶模型吸附速率常数（克毫克-1分钟-1），C是截距和ki是内扩散速率常数（毫克克 - 1分钟-1/2）。如可以看到的那样，线性音响适应度曲线的三种模式示于图。他们中的4B-D和动力学参数也列于表2中的伪一阶模型，RB的三个初始浓度的相关系数的值（R2）是0.7967，0.6921和0.8514，分别与实验QE值不同意从线性图获得的计算的。这些结果表明,吸附过程可能并不符合一级所描述的模型。然而,对于pseudo-second-order模型,得到了良好的线性关系为所有初始浓度的RB R2为0.9988,0.9978和0.9920,分别从pseudo-second-order 模型和计算量化宽松值估计显示试验检测到的值吻合良好。因此,吸附的RB TA-G 可能好pseudo-second-order所描述的整个吸附的动力学模型,这表明了pseudo-second-order吸附机制是主要的和整体的RB吸附过程控制和化学吸收作用

有限。同时,RB TA-G也许经历了表面上的吸附交换反应,直到表面空网站完全占领了[29]。此外,正如上述符合一级和pseudo-second-order动力学模型不能够识别的吸附扩散机制TA-G RB,动能intraparticle扩散模型进行分析的数据的扩散机制[30]。可以看到从线性健身情节和动力学参数图4 d和表2所示,intraparticle扩散动力学模型显示所有初始浓度的线性关系不佳的RB R2为0.8098,0.6900和0.8239,低于pseudo-second-order动能的R2 TA-G RB的吸附。与此同时,线性方程不过原点,这表明尽管吸附涉及intraparticle扩散,但它并不是唯一ratecontrolling一步。因此,进一步证明了pseudo-second-order主导和整体的吸附过程应该由几个部分[31

3.4、温度pH、离子强度对RB的吸附影响

为了确定优化的实验条件下,温度的影响,pH、离子强度在TA-G RB的吸附能力进行了研究。如图5所示,在中、低的初始浓度、温度对量化宽松政策的效果并不明显。然而,RB初始浓度高时,吸附的RB稍有增加,这可能是由于增加的数量的可用活性表面网站TA-G或RB的扩散率[32]。图6的RB的pH值对吸附的影响,可以看出RB的吸附能力TA-G没有明显的改变为低初始浓度的RB pH值的测试范围,但它增加而增加介质的pH值和高RB的初始浓度。吸附能力的变化程度放大与RB的初始浓度增加。这一观点可以归因于TA-G的表面电荷。吸附的RB TA-G,除了- RB和TA-G 之间的叠加,静电吸引扮演了另一个重要角色。根据结果?25 MV的电动电势分析,TA-G仍表现出消极的表面功能化石墨烯后由助教。因此,随着pH值的增加,相关的负电荷TA-G增加从而增加吸附阳离子染料RB的程度[33]。

此外,盐对B TA-G上吸附的影响

通过添加不同数量的调查在吸附过程中氯化钾。从图7可以看出,吸附能力在高初始浓度的RB略有减少,但没有明显的变化在中、低RB的初始浓度增加氯化钾范围从0到90 mM。独立氯化钾浓度的染料吸附对应用程序很重要的TA-G去除有机污染物从污水自盐浓度在不同的样本可能会有所不同。最后,25?C,pH值11.0,没有盐添加选择的实验条件最好。

4、结论

在这项工作一种用于纳米合成鞣酸改性石墨烯简便且绿色的方法会减少鞣酸的

用量，也会减少哪些改变石墨烯表面物化性质以提高吸收效率的反应试剂。随后，那些制备好的TA-G将会用于研究罗丹明B的吸收行为。由于强烈的相互作用和静电吸引，TA-G在RB的吸收行为中有很好的表现，吸收等温线符合LANGMUIR模型。溶解

动力学与pseudo-second-order模型相一致并且化学吸附溶解的速率控制步骤。因而，纳米合成的TA-G将会是去除溶液中罗丹明B理想的吸附剂，也会打开石墨烯在环境

应用的潜力之门。

致谢；

感谢国家自然科学基金(21275105)、中国博士后ScienceFoundation(2013 m531961)和国家重点科学和国家重大科学仪器设备开发专项资金(2011 yq0301130103)对这项工作的支持。

项目名称生物基石墨烯宏量制备及石墨烯在功能纤维中的产

项目名称：生物基石墨烯宏量制备及石墨烯在功能纤维中的产业化应用 提名意见： 石墨烯具有高导电性、高强度、高韧度等特点。将石墨烯与纺织纤维进行复合将赋予材料诸多优异性能。现有制备石墨烯方法面临着成本高，产量低，对环境产生严重污染等问题，亟待发展简单、安全无毒、低成本、厚度均一、高产率的工业化生产石墨烯材料的方法。 该项目发明了以玉米芯纤维素为原料，采用“基团配位组装”法制备石墨烯材料的新方法，突破了生物基石墨烯配位组装析炭、催化热裂解、精制分散关键技术；研发了石墨烯表面改性及在聚合物中的分散技术，解决了石墨烯在再生纤维素纤维、涤纶短纤维与锦纶 6 纺丝过程中易团聚、品质控制困难等问题；开发了专用组件过滤技术，制备了石墨烯改性再生纤维素纤维、涤纶短纤维与锦纶6 长丝，开发了石墨烯改性纤维高效纺纱系列加工技术、织物与染整技术，建立了石墨烯功能纺织品成型加工技术体系。项目授权国家发明专利26项，具有完整的知识产权体系，整体技术达到国际先进水平。 该项目建立了年产200 吨生物基石墨烯材料的生产线，年产2000 吨的石墨烯功能聚合物母粒生产线。在服饰、家纺、轻工等领域得到了广泛的应用。经济效益和社会效益显著。 提名该项目为国家技术发明二等奖。 项目简介： 石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳纳米材料，具有高导电性、高强度、高韧度等多种特点，在军工、航天、锂离子电池、新能源、新材料等新兴领域和传统领域，都将带来革命性的技术进步。将石墨烯与纺织纤维进行复合将赋予材料诸多优异性能。石墨烯包括了单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯，不同层数的石墨烯应用领域大相径庭。现有制备石墨烯包括了微机械剥离、SiC 高温热解、CVD 外延、化学还原等方法，这些方法面临着成本高，产量低，对环境产生严重污染等问题，亟待发展简单、安全无毒、低成本、厚度均一、高产率的工业化生产石墨烯材料的方法。 本项目发明了以玉米芯纤维素为原料，采用“基团配位组装”法制备石墨烯材

石墨烯改性

综合实践论文 题目：石墨烯改性研究进展 班级：高分子112 姓名：陈阳建 指导老师：祖立武 日期：2014年6月20日

石墨烯改性研究进展 陈阳建 齐齐哈尔大学材料学院，黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展，分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中，石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化；石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点，并在原有改性方法的基础上，展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯；改性；综述；共价键功能化；非共价键功能化；掺杂；离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment

石墨烯在环氧树脂中的应用

石墨烯在环氧树脂中的应用 石墨烯的简介 石墨是碳单质的同素异形体，碳元素的神奇的六号元素，碳单质同素异形体从最硬到极软，从全吸收到全透光，绝缘体到半导体到导体，绝热到良导热，而石墨烯就是单原子层的石墨。 石墨烯增强树脂机理 石墨烯具有很大的表比面积，加上石墨烯的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使石墨烯变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。官能团化石墨烯表面含有羟基，羧基等化学基团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导电性 改性的石墨烯于环氧树脂复合，加入2%的改性石墨烯，环氧复合材料的储能模量增大113%，加入4%是，强度增大38%。纯EP树脂的电阻为10^17欧姆.厘米，添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导热性 将碳纳米管、石墨烯加到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 20 vol%

GNPs, 复合材料的导热系数可达7.3W/mK. 石墨烯在环氧树脂中的应用——阻燃性 当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯时阻燃值提高23.7%，加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高43.9%。 石墨烯导热塑料的优势 石墨烯导热塑料容易加工、成型耗费能源少、密度适中做出产品轻巧、可降解对环境污染小、加工可自动化高效、颜色丰富任意调整、仓库运输成本大量降低、不易碰撞变形、可绝缘不易造成安全隐患，散热均匀。 环氧树脂的种类 1. 缩水甘油醚型树脂缩水 2.缩水甘油脂型树脂 3.缩水甘油胺型树脂

4.脂环族环氧化合物 5.线状脂肪族环氧化合物。 环氧树脂的用途 环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。 其中固化剂是必不可少的添加物，无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂，否则环氧树脂不能固化。 由于用途性能要求各不相同，对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。

石墨烯介绍

1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半

导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。

关于石墨烯电池的调研报告

关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“”说道“2014年12月初，西方媒体报道，西班牙Graphenano 公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池，一次充电时间只需8分钟，

石墨烯的应用领域

第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。

正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电

石墨烯基二维材料改性防腐涂料研究进展

一第３７卷一第７期２０１８年７月中国材料进展ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＨＩＮＡＶｏｌ ３７一Ｎｏ ７Ｊｕｌ ２０１８ 收稿日期:２０１８－０５－２２ 基金项目:青岛海洋科学与技术国家实验室２０１６年度开放基金资 助项目(ＱＮＬＭ２０１６ＯＲＰ０４０９)?国网浙江省电力公司 科学技术项目资助(５２１１ＮＢ１６０００Ｆ) 第一作者:王雪珍?女?１９８４年生?助理研究员 通讯作者:蒲吉斌?男?１９７９年生?研究员?博士生导师?Ｅｍａｉｌ:ｐｕｊｉｂｉｎ＠ｎｉｍｔｅ ａｃ ｃｎＤＯＩ:１０ ７５０２/ｊ ｉｓｓｎ １６７４－３９６２ ２０１８ ０７ ０８石墨烯基二维材料改性防腐涂料研究进展 王雪珍１?卢光明１?周开河２?姜一山３?徐孝忠２? 俞红生２?戚浩金２?蒲吉斌１ (１.中国科学院宁波材料技术与工程研究所?浙江宁波３１５０００)(２.国网浙江省电力公司宁波供电公司?浙江宁波３１５０００)(３.中国科学院武汉文献情报中心?湖北武汉 ４３００００)一蒲吉斌摘一要:石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构?是碳纳米管二石墨等其他碳材料 的基本单元?石墨烯具有优异的力学二热学和电学性能?有望在电子二传感二能源二航天二防腐等 多个领域得到应用?由于石墨烯具有二维层状结构和大的比表面积?同时具备对水二氧和氯离子等 的阻隔特性?因此在防腐涂料领域具有广阔的应用前景?逐渐成为防腐涂料研究的热点?综述了近 年来国内外石墨烯基二维材料改性防腐涂料的研究现状?并对今后石墨烯基二维材料改性防腐涂料 的研究方向进行了展望? 关键词:石墨烯?纳米材料?环氧树脂?聚氨酯?改性防腐涂料?研究进展 中图分类号:ＴＱ６３０ ７一一文献标识码:Ａ一一文章编号:１６７４－３９６２(２０１８)０７－０５５１－０９ ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅＢａｓｅｄＴｗｏ￣ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＭｏｄｉｆｉｅｄＡｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅＣｏａｔｉｎｇｓ ＷＡＮＧＸｕｅｚｈｅｎ１?ＬＵＧｕａｎｇｍｉｎｇ１?ＺＨＯＵＫａｉｈｅ２?ＪＩＡＮＧＳｈａｎ３?ＸＵＸｉａｏｚｈｏｎｇ?２ＹＵＨｏｎｇｓｈｅｎｇ２?ＱＩＨａｏｊｉｎ２?ＰＵＪｉｂｉｎ１ (１.ＮｉｎｇｂｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ?Ｎｉｎｇｂｏ３１５０００?Ｃｈｉｎａ)(２.ＳｔａｔｅＧｒｉｄＮｉｎｇｂｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ?Ｎｉｎｇｂｏ３１５０００?Ｃｈｉｎａ)(３.ＷｕｈａｎＬｉｂｒａｒｙ?ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ?Ｗｕｈａｎ４３００００?Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｏｎｅｙｃｏｍｂｌａｔｔｉｃｅｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｓｉｘ￣ｍｅｍｂｅｒｃａｒｂｏｎｒｉｎｇ.Ｉｔｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｕｎｉｔｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ?ｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｏｔｈｅｒｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ｉｔｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ?ｓｕｃｈａｓｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｐａｃｅａｎｄａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｓｗｅｌｌａｓｂａｒｒｉｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｏｗａｔｅｒ?ｏｘｙｇｅｎａｎｄｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎｓｅｎａｂｌｅｇｒａｐｈｅｎｅａｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｕｔｕｒｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆａｎｔｉ￣ｃｏｒｒｏｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓａｎｄｔｈｕｓｍａｋｅｉｔｔｏｂｅａｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｅ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｍｏｄｉｆｉｅｄａｎｔｉｃｏｒｒｏ￣ｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ?ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｓｐｅｃｔｓａｌｓｏｈａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ?ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ?ｍｏｄｉｆｉｅｄａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓ?ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ 1一前一言 石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构?是碳纳米管二石墨等其他碳材料的基本单元?石墨烯具有优异的力学二热学和电学性能?堪称 新材料之王 ?有望在电子二传感二能源二航天二防腐等多个领域得到应用?石墨烯薄膜仅有１个碳原子的厚度?这赋予了石墨烯极好的力学性能?其理论杨氏模量达到了１ ０ＴＰａ? 拉伸强度达到了１３０ＧＰａ?同时它还具有非常好的导热

石墨烯塑料的制备方法及产业化方向

石墨烯塑料的制备方法及产业化方向 石墨烯塑料的制备方法 石墨烯塑料（石墨烯改性塑料复合材料）性能的优劣与其制备过程中的加工条件是分不开的。不同的制备方法导致石墨烯在基体中的分散性、界面作用和空间结构均有所不同，而这些因素则决定了复合材料的刚度、强度、韧性和延展性等。 就目前研究所知，对于石墨烯塑料，可以通过对剪切力、温度和极性溶剂的控制来控制石墨烯的分散程度以及石墨烯片层的剥离程度。 石墨烯塑料的物理制备方法包括溶液混合法和熔融共混法，化学方法方面应用较多的有原位聚合法、乳液混合法、层层自组装技术（LbL）等。 溶液混合法 溶液混合法是将石墨烯材料（GO、RGO）在溶剂中溶解制得悬浮的单层石墨烯，使其*程度地分散在聚合物基体中。如将改性氧化石墨烯GO分散在有机溶剂中，还原得到石墨烯RGO，然后与聚合物进行溶液共混制成复合材料。溶液混合法能将石墨烯较好地分散在聚合物基体中。这种方法因其分散效果好、制备速度快以及能够很好地控制各成分的状态而得到了广泛的应用;但该方法需要使用有机溶剂，会对环境造成不良影响。 熔融共混法 熔融共混法是一种无溶剂制备方法，利用挤出机产生的剪切力克服界面作用力将填料分散在聚合物熔体中。熔融共混中由于分别制备石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸与形态可控，但是石墨烯在聚合物基体中集聚而不易分散，并且与聚合物的界面作用较差。熔融共混法是制备石墨烯塑料比较实用的方法，其工艺较为简单，可实现大规模低成本制备，但是较高的温度和局部压力会影响复合材料各成分的稳定性。 原位聚合法 原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，然后加入催化剂引发反应，*制得复合材料。通过检测发现，这种方法没有破坏复合材料的热稳定性，不过原位聚合法的反应条件难以确定，加入导热添加剂后会对聚合物产生不确定影响。

石墨烯分散方法

石墨烯分散方法 石墨烯具有优良的性能，科研工作者考虑将其作为增强体加入到基体材料中以提高基体材料的性能。但是，由于其较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。为了得到性能优异的石墨烯增强复合材料，科研工作者在克服石墨烯团聚、使其分散方面做了诸多研究。分散方法简介如下： 1、机械分散发 利用剪切或撞击等方式改善石墨烯的分散效果。吴乐华等以纯净石墨粉为原料，无水乙醇为溶剂，采用湿法球磨配合超声、离心等方式得到石墨烯分散液，通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱分析均证明石墨烯为几个片层分散。 2、超声分散发 利用超声的空化作用，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而达到改善分散效果的目的。Umar等将石墨在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中采用低功率超声处理，随着超声时间的延长，石墨烯分散液的浓度随之升高，当超声时间超过462h后，石墨烯分散液浓度能够达到1.2mg/mL，这

是由于超声所产生的溶剂与石墨烯之间的能量大于剥离石墨烯片层所需要的能量，进而实现了石墨烯的分散。3、微波辐射发 采用微波加热的方式产生高能高热用以克服石墨烯片层间的范德华力。Janowska等采用氨水作为溶剂，利用微波辐射处理在氨水中的膨胀石墨以制备石墨烯分散液，透射电镜观测结果表明制得的石墨烯主要为单、双和少层(少于十层)石墨烯，并且能够在氨水中稳定分散，研究证实微波辐射产生的高温能够使氨水部分气化，产生的气压对克服石墨烯片层间的范德华力具有显著的作用。 4、表面改性 通过离子液体对膨胀石墨进行表面改性来提高石墨烯的分散性。这种改性属于物理方法，它能降低改性过程对石墨烯结构和官能团的影响。经过改性的石墨烯片层粒径小，呈现出褶皱的状态；通过离子液体改性后的石墨烯可以长时间在丙酮溶液中保持均匀的分散状态，并且能够均匀分布在硅橡胶基体中，离子液体链长增加使得样品更加均匀地分散。 采用具有强还原能力的没食子酸作为稳定剂和还原剂，制得了具有高分散性的石墨烯。由于分子中苯环结构和石墨烯之间形成了π—π共轭相互作用，从而作为稳定剂吸附在石墨烯表面，这使得石墨烯片层具有较强的负电性，

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能_叶国锐

复合材料学报第３１卷　第６期 １２月　２０１４年Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ　Ｃｏｍｐ ｏｓｉｔａｅ　ＳｉｎｉｃａＶｏｌ．３１ Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２ ０１４文章编号：１０００－３８５１（２０１４）０６－１４０２－０７ 收稿日期：２０１３－０９－２７；录用日期：２０１３－１１－０７；网络出版时间：２０１４－０１－２ ０　０９：４２网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１０．１３８０１／ｊ ．ｃｎｋｉ．ｆｈｃｌｘｂ．２０１４１２０２．００１．ｈｔｍｌ基金项目：深圳市战略性新兴产业发展专项（ＺＤ ＳＹ２０１２０６１９１４１４１１０２５）通讯作者：曹海琳，教授，研究方向为复合材料性能设计及开发。　Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｏｈｌ＠ｈ ｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引用格式：叶国锐，晏义伍，曹海琳．氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能［Ｊ］．复合材料学报，２０ １４，３１（６）：１４０２－１４０８．Ｙｅ　Ｇｕｏｒｕｉ，Ｙａｎ　Ｙｉｗｕ，Ｃａｏ　Ｈａｉｌｉｎ．Ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｅｐｏｘｙ　 ｃｏｍｐｏｓ－ｉｔｅｓ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ　Ｃｏｍｐ ｏｓｉｔａｅ　Ｓｉｎｉｃａ，２０１４，３１（６）：１４０２－１４０８．氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂 复合材料性能 叶国锐１，晏义伍１，曹海琳＊１，２ （１．深圳航天科技创新研究院深圳市复合材料重点实验室，深圳５１８０５７；２．哈尔滨工业大学化工学院，哈尔滨１５ ０００１）摘　要：　为了改善玄武岩纤维／环氧树脂复合材料的界面性能，通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性，并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性，同时制备了氧化石墨烯－玄武岩纤维／环氧树脂复合材料。采用ＦＴＩＲ表征了氧化石墨烯的改性效果；运用ＳＥＭ分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制。结果表明：偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面； 玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后，表面粗糙度及活性官能团含量增加，氧化石墨烯－玄武岩纤维／环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强，界面黏结强度得到改善，玄武岩纤维的断裂强力提高了３０．８％，氧化石墨烯－玄武岩纤维／环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了１０．６％。 关键词：　氧化石墨烯；表面改性；玄武岩纤维；力学性能；复合材料中图分类号：　ＴＢ３３２ 文献标志码：　Ａ Ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｅｐｏｘｙ　 ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＹＥ　Ｇｕｏｒｕｉ　１， ＹＡＮ　Ｙｉｗｕ１，ＣＡＯ　Ｈａｉｌｉｎ＊１， ２（１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　ｏｆ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０５７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｉｔｈｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎｔｏ　ｓｉｚｉｎｇ　ａｇｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｉｚｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍｏｄｉｆｙ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄｔｈｅ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ－ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＦＴＩＲ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｉｚｉｎｇ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ＳＥＭ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｇｅｎｔｉｓ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｇｒａｆｔｅｄ　ｏｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ．Ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｇｒｏｕｐｓ　ａｒｅ　ｉｎ－ｃｒｅａｓｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｂｅｉｎｇ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ　ｉｎ　ｓｉｚｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ－ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｒｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒｓ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　３０．８％ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｒ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ－ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ　 ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　１０．６％．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：　ｇｒａｐｈｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ 玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料，经 高温熔融、拉丝、冷却而得到的一种新型无机纤 维［１］ ，具有突出的力学性能、耐高温、高耐腐蚀与化 学稳定性、吸湿性低等优点。以其为增强相的复合材料制品被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、化工和医学等领域，被认为是２１世纪最具发展潜 力的新型材料之一［ ２－ ４］。复合材料的性能很大程度上依赖于复合材料的界面性能，而界面性能除了取

石墨烯的摩擦学性能

期末报告 学 院：材料工程学院 专 业：材料工程 学 号： 姓 名： 任课教师：赵元聪 日期：20160107

石墨烯的表面改性以其摩擦学中的应用 摘要 介绍石墨烯特点的基础上，综述了石墨烯表面改性的研究情况，包括有机小分子及聚合物改性无机改性以及元素掺杂等，同时总结了石墨烯在摩擦领域中的应用，如作为润滑油添加剂，制备纳米复合材料，制备润滑膜等，并展望了其在该领域中未来的研究方向。 1.介绍 石墨烯是碳原子以SP2杂化的单层堆积而成的蜂巢状二维原子晶体，其化学形态与碳纳米管外表面相似，表面结构较碳纳米管更为开放，且杨氏模量和本征强度也可与碳纳米管相媲美，从而表现出与碳纳米管相似的应用特性，如良好的韧性和润滑性，可用于耐磨减损材料及润滑剂的制备等。近年来，石墨烯优异的摩擦性能已引起了人们越来越多的关注，其片层滑动，摩擦磨损机理及在摩擦领域的应用已有诸多研究和报道。然而，结构完整的石墨烯化学稳定性高，与其他介质相互作用较弱，且层间存在很大的范德华引力，难以在许多常见溶剂中分散形成稳定的溶液，给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。本文重点介绍石墨烯的表面改性研究进展及其在摩擦领域中的相关应用。 2.制备方法简介 2004年Geim等[1]首次用微机械剥离法成功获得单层的石墨烯以来其特有的电学、热学、力学等性质引起了科学家的广泛关注。随着研究的深入展开,石墨烯的制备方法也越来越多样化，目前主要的方法有微机械剥离法、氧化还原法、溶剂剥离法、化学气相沉积法和外延生长法等[2]。由于石墨烯超薄的厚度及优异的摩擦性能，使其在纳米尺寸数据存储设备、纳米复合材料和纳米机电系统中具有很大的潜在应用价值。这就使得石墨烯与其它材料接触时表面的相互作用研究，如摩擦力、粘附力和磨损等,显得尤为重要。

石墨烯研究进展

石墨烯研究进展 李建光 （山东大学化学与化工学院 2009级应用化学专业济南 250100） 摘要石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元，具有很多奇异的电子及机械性能。自2004年安德烈·海姆(Andre Geim)教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov) 研究员首次制备出石墨烯以来，石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注。

1 前言

碳元素(C)可以说是自然界最为神奇的元素。首先，碳是构成地球上生命体不可或缺的元素，所有的生物体都含有大量的碳元素；其次，碳元素可以构成许多性质奇特的材料，例如，它不仅可以构成已知最为坚硬的物质(金刚石)，也能够形成如石墨这种较软的材料，而完全由碳元素所构成的炭/炭复合材料，是一种可以在2000℃以上使用，甚至可以承受高于3000℃的温度而仍保留很高强度的材料，是目前在惰性气氛中高温力学性能最好的材料。在纳米世界，碳元素的表现也同样令人们吃惊，除了已知的神奇碳纳米管(Carbon Nanotube)、富勒烯(Fullerene)外，2004年，Geim等制备了由碳原子构成的另一类纳米材料——石墨烯(Graphene)，有时也被翻译为单原子层石墨晶体(或单层石墨)。实际上，Graphene正是构成碳纳米管、富勒烯，以至石墨块材等的基本单元(Basic Building Block)，如图 1所示。现在，由碳原子所构成的具有几个原子层(通常小于10层)的晶体也都可称为Graphene。石墨烯的迷人之处不仅在于它神奇的二维结构，还在于它所拥有的独特的物理性质。石墨烯自从被发现以来，引起了很多科学工作者的关注，他们投入大量的热情去挖掘这种新奇材料的特性，至今已发现石墨烯在电、光和磁等方面都具有的许多奇特的性质。 人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。石墨烯(Graphene)的理论研究已有60多年的历史。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”而共同获得20l0年的诺贝尔物理学奖。

石墨烯在涂料领域中的应用

石墨烯在涂料领域中的应用（1） 1 概述 1.1 石墨烯定义石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的新型单层片状结构的二维(2D)材料，是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜。碳原子核外层电子排布为1s22s22p2，sp2杂化是由1个s轨道和2个p轨道杂化形成的杂化轨道。维(dimension，简写为D)表示长、宽、高、厚等尺寸。对纳米材料，0D表示纳米粒子；1D表示纳米线，如碳纳米管等；2D表示纳米尺寸的薄膜；3D是表示纳米复合材料。 1.2 石墨烯结构特性石墨烯晶体材料具有“至薄、至坚”、优良的热导体和电子迁移率等特性。 1.2.1 “至薄”晶体材料石墨烯是世界上迄今发现的“至薄”晶体材料，石墨烯薄膜只有1个碳原子厚度。10万层石墨烯叠加起来的厚度约为1根头发丝的直径；300万层石墨烯薄膜叠起来只有1 mm厚。 1.2.2 “至坚”晶体材料石墨烯是迄今发现的世界上力学性能最好的材料之一。表征石墨烯在外应力作用下抵抗变形能力大小的模量可达1 T(1012)Pa；反映石墨烯受力时抵抗破坏能力大小的强度约为130 G(109)Pa。 1.2.3 优良的热导体和电子迁移率石墨烯的热导率达5 000 W/(m ·K)，是良好的导热体。石墨烯独特的载流子特性，使其电子迁移率达到2×105 cm2/(V·s)，超过硅100倍，且几乎不随温度变化而变化。 1.3 应用前景独特的结构特点加上“极端突出”性能，使它的用途引起人们超高的期望：制造高效太阳能电池；超轻型航天航空飞行器材料；超坚韧的防弹衣；甚至有近乎科幻色彩的展望——可能制超长“太空电梯”缆线。预测石墨烯正在或将要给社会带来革命性巨变；对石墨烯用途，描绘了一幅幅商机无限的图画，在全球研究热度持续升温!对石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等功能涂料中的应用也勾画了多彩的前景。1.3.1 提高涂料防腐性石墨烯提高涂料防腐性：有物理防腐和电化学防腐多重作用。

【CN209887696U】一种便于裁剪的石墨烯改性塑料【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920514632.8 (22)申请日 2019.04.16 (73)专利权人 郑州康晓科技有限公司 地址 450003 河南省郑州市金水区政六街 27号优加创客中心607号 (72)发明人 唐国文　 (51)Int.Cl. B26D 7/28(2006.01) B26D 7/01(2006.01) (54)实用新型名称一种便于裁剪的石墨烯改性塑料(57)摘要本实用新型公开了一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，包括外壳、活动机构和裁剪机构，所述活动机构安置于外壳的内部，所述裁剪机构安置于外壳的顶部。本实用新型中，通过第一滑槽、第一滑块的作用，能够将框架滑至镂空状内壳的凹槽中，使得装置便于对石墨烯塑料进行测量裁剪操作，通过转轴的作用，能够对框架插入凹槽中时带动滚轮，便捷框架插进凹槽中不易出现卡顿现象，当需要调节裁剪长度操作时，可通过活动块的作用，能够带动活动板在框架内部进行左右方向滑动操作，便捷对石墨烯塑料板进行调节长度操作，通过测量线的作用，能够在活动板滑动时通过测量线进行调节需要的长度功能，使得石墨烯塑料准确的裁剪需要的长度，使得装置的功 能性增强。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209887696 U 2020.01.03 C N 209887696 U

权　利　要　求　书1/1页CN 209887696 U 1.一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，包括外壳（1）、活动机构（2）和裁剪机构（3），其特征在于，所述活动机构（2）安置于外壳（1）的内部，所述裁剪机构（3）安置于外壳（1）的顶部。 2.根据权利要求1所述的一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述活动机构（2）的内部包括有内壳（201），且内壳（201）的内壁设置有第一滑槽（202），所述内壳（201）的内部开设有凹槽（203），且凹槽（203）的内部安装有转轴（205），所述转轴（205）的外侧连接有滚轮（204）。 3.根据权利要求1求所述的一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述裁剪机构（3）的内部包括有框架（301），且框架（301）的底部安装有第一滑块（302），所述框架（301）的内侧连接有活动块（303），且活动块（303）的外侧安装有活动板（306），所述活动板（306）的内侧开设有第二滑槽（307），且活动板（306）的外侧连接有松紧环（304），所述松紧环（304）的外侧连接有第二滑块（305）。 4.根据权利要求 2所述的一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述滚轮（204）通过转轴（205）与凹槽（203）构成旋转结构，且凹槽（203）的截面面积小于内壳（201）的截面面积。 5.根据权利要求3所述的一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述活动板（306）通过活动块（303）与框架（301）构成滑动结构，且活动板（306）的中轴线与框架（301）的中轴线相对应。 6.根据权利要求3所述的一种便于裁剪的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述松紧环（304）通过第二滑块（305）、第二滑槽（307）与活动板（306）构成滑动结构，且第二滑槽（307）的中轴线与活动板（306）的中轴线相对应。 2

石墨烯材料的介绍

石墨烯（Graph ene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。 石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。 石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路.