石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展论文.doc

《石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展论文.doc（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 毕 业 论 文题 目：石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展学 院： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 毕业年限： 2015年 学生姓名： 学 号： 指导教师： 石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展摘 要: 石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用，以及石墨烯复合材料的展望。关 键 词: 石墨烯; 制备; 性能; 复合材料Research P

2、rogress on Preparation and properties of graphene composite materialsAbstract: Graphene has become a hot research field of material for its excellent performance and unique two-dimensional structure. This paper summarizes the method for preparing graphene and compared the advantages and disadvantage

3、s of various methods, introduces the mechanics, graphene optical, electrical and thermal properties. Composite materials based on graphene is an important research direction in the field of application of graphene, this paper introduces the preparation and application of graphene polymer composites

4、and graphene based inorganic nano composite material, and the prospect of graphene composite materials.Key words: graphene; preparation; properties; composite materials1.前言石墨烯自2004年被发现以来，就引起了材料科学家的广泛关注，在世界范围内掀起了石墨烯材料的制备和应用研究的热潮。石墨烯是sp2杂化的碳原子形成的单原子层厚度，排列成二维蜂窝状的晶体。其优异的物理和化学性质、较大的表面积和较低的制备成本，比较适宜应用于功能性

5、复合材料的开发。复合材料是以一种材料为基体，添加一种或一种以上其它材料组合而成的材料。各种组成材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，从而满足不同的应用需求。石墨烯复合材料是以石墨烯为基体，在其中添加聚合物或其它无机材料而形成的复合材料。在制备以及应用研究中，石墨烯复合材料可以分为：石墨烯/聚合物、石墨烯/无机材料等二元复合材料以及石墨烯/无机材料/聚合物三元复合材料等。石墨烯复合材料的应用前景比较广泛，比如应用于传感器、储能、催化和电极材料等领域。2石墨烯简介2.1石墨烯的发展：石墨烯的理论研究已有 60 多年的历史。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单

6、独稳定存在，直至 2004 年，英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈杰姆和克斯特亚诺沃消洛夫采用简单的“微机械剥离法”首先在实验中成功地从石墨中分离出二维结构的石墨烯1-3，从而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料中的开创性实验”而共同获得 2010 年诺贝尔物理学奖。2.2 石墨烯的基本性质石墨烯作为单原子层的二维石墨晶体模型，基础结构都是sp2碳材料，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。石墨烯作为一种新型的纳米材料，它具有一些特殊优异的性质，如大的比表面积、高机械强度以及超强的电子传导能力。石墨烯由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度

7、仅为0.335 nm。结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，表面呈惰性状态，与其它介质如溶剂等的相互作用较弱，并且由于石墨烯片与片之间有较强的范德华力的作用，使其容易产生聚集难溶于水及常化用的有机溶剂，对于进一步研究和应用有一定的限制。因此对石墨烯进行一定程度的功能并将其溶解于特定的溶液中，可以实现石墨烯的功能化利用和性质的发挥。在 0.1 mol/L 的 pH=7 的 PBS 缓冲液中测试石墨烯修饰电极的电化学性质，发现它有比单纯的石墨电极、玻璃碳电极以及金刚石电极都要优异的电化学性质，主要表现在通过交流阻抗谱测得的电阻明显低于其它碳材料；通过循环伏

8、安法测得的曲线出现了明显的氧化还原峰，并且氧化还原峰电流与扫描频率的平方根有明显的线性关系，这表明通过石墨烯修饰电极上的氧化还原过程可以实现特定物质的检测。2.3石墨烯的结构： 石墨烯(Graphene)是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335 nm，只有头发的20万分之一，是形成其他维数碳材料（如零维的富勒烯、一维的纳米碳管和三维的石墨等）的基本单元（图1）4具有极好的结晶性及电学性。完美的石墨烯是二维的，只包括六角元胞（等角六边形），但在实际情况下不免有缺陷的存在，这些缺陷的地方就会不再是碳六元环而是五元环或七元环等。这些少量存在的碳

9、五元环可以使得石墨烯发生卷曲，再和其他的碳六元环卷曲形成的圆柱一起组成封闭的一维碳纳米管；十二个碳五元环和一定的碳六元环就会一起组成富勒烯。 图1 石墨烯及其构建的零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨2.4石墨烯性能简介2.4.1光学性能(1)石墨烯具有优异的光学性能。(2)理论和实验结果表明，单层石墨烯吸收2.3%的可见光，即透过率为97.7%。(3)如图(2)从基底到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率依次相差2.3%。 图（2）石墨烯的透光性2.4.2电学性能（1）石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成一个大键，电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。（2）电子在

10、石墨烯中传输时不易发生散射，迁移率可达200000cm2/(V*s)，约为硅中电子迁移率的140倍，其电导率可达104S/m，是室温下导电性最佳的材料。（3）石墨烯的导电性可通过化学改性的方法进行控制，并可同时获得各种基于石墨烯的衍生物。（4）双层石墨烯在一定条件下还可呈现出绝缘性。2.4.3力学性能（1）石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。（2）其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。（3）石墨烯的强度极限为42N/m2.。2.4.4热学性能（1）石墨烯的室温热导率约为5300 W/mK，高于碳纳米管和金刚石，是室温下铜的热导率的10倍多。（2）石墨烯的理论比表面积可达

11、2630m2/g。3.石墨烯复合材料制备 石墨烯具有优异的导电、导热和力学性能，可作为制备高强导电复合材料的理想纳米填料，同时分散在溶液中的石墨烯也可和聚合物单体相混合形成复合材料体系，此外石墨烯的加入使复合材料多功能化，不但表现出优异的力学和电学性能，且具有优良的加工性能，为复合材料提供了更广阔的应用领域。但是结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质（ 如溶剂等） 相互作用较弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，容易产生团聚，使其难溶于水和常用有机溶剂，限制了石墨烯的进一步研究和应用。而氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团

12、，如羟基、羧基等，这些官能团使得改性石墨烯成为可能。石墨烯氧化物是大规模合成石墨烯的起点，也是实现石墨烯功能化的最为有效的途径之一，可通过将氧化石墨烯作为新型填料来制备功能聚合物纳米复合材料来实现，以改善纳米复合材料的力、热、电等综合性能。目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯 /聚合物复合材料和石墨烯 /无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶 凝胶法、插层法和原位聚合法。3.1石墨烯/无机纳米复合材料 将无机材料分散到石墨烯纳米片表面制成石墨烯/无机纳米复合材料,无机纳米粒子的存在可使石墨烯片层间距增加到几个纳米,从而大大减小石墨烯片层之间的相互作用,使单层石墨烯的独特性质得以保留,

13、这是通常化学修饰法难以企及的,因此,用无机纳米粒子修饰石墨烯片,提供了一条阻止石墨烯片团聚的新途径,从另一个角度看,石墨烯/无机纳米复合材料,不但可以同时保持石墨烯和无机纳米粒子的固有特性,而且能够产生新颖的协同效应,具有广泛的应用价值。3.1.1 石墨烯与金属化合物复合 金属化合物与石墨烯用不同方法制备复合材料，主要用于超级电容器、锂电池等领域，金属化合物包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等。(1) 石墨烯-氧化锌（ZnO）复合材料 ZnO具有良好的电和光学性能,可应用于太阳能电池、气敏元件和发光二极管，加之石墨烯独特的性能，国内外的研究者已着手研究石墨烯-ZnO复合材料。Zhang等

14、5合成的石墨烯-ZnO复合材料应用于超级电容器的电极材料,石墨烯由改进Hummers法和肼还原过程制备,ZnO通过超声喷雾热分解沉积在石墨烯上,相比纯石墨烯或ZnO电极,石墨烯-ZnO复合材料薄膜在浓度为1mol/L的氯化钾电解液中具有更好的可逆充电/放电能力和更高比电容值(11.3F/g)。Wu等6用乙二醇为媒介,氧化石墨为石墨烯的前驱体,乙酸丙酮锌为氧化锌的前驱体制备三明治结构的石墨烯-ZnO纳米材料，ZnO纳米结构成长在石墨烯上，能有效地提高光催化和ZnO的传感性能，在纳米技术领域有广阔的应用前景。(2)石墨烯-锰（Mn）化合物复合材料 Wang等7将 石 墨 烯 悬 浮 液 和 二 氧

15、 化 锰(MnO2)有机溶胶在乙二醇中混合，用超声处理和热处理得到四氧化三锰（Mn3O4）/石墨烯纳米复合材料，当其用作超级电容器电极材料时，在浓度为1mol/L的硫酸钠(Na2SO4)电解液中，Mn3O4/石墨烯纳米复合材料的比电容高达175F/g，在浓度为6mol/L的氢氧化钾（KOH）电解液中高达256F/g，Mn3O4/石墨烯纳米复合材料的这种增强的超级电容性能，归因于Mn3O4纳米粒子、石墨烯的高电导率和显著增加的比表面积的电化学贡献。Chen等8报道了一种用溶剂方法把碱式氧化锰(MnOOH)纳米晶体沉积在石墨烯上，通过X线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)观察表明，MnOO

16、H纳米晶体任意地装饰剥离的石墨烯，形成分散良好的石墨烯-MnOOH纳米复合材料，合成过程中重要的机制是溶解-结晶和取向附生，对于高氯酸胺热分解，制备的纳米复合材料表现出不寻常的催化性能，这个无模板方法容易重复，制备在低温下容易进行，并能容易地制备其他石墨烯型纳米复合材料。(3)石墨烯-四氧化三钴（Co3O4）复合材料Yan等9采用微波辅助的方法快速地制备石墨烯纳 米 片/Co3O4复 合 材 料，石墨烯纳 米 片/Co3O4复 合 材 料复合材料在浓度为6mol/L的KOH水溶液中，在10mV/s下最大比电容达到243.2F/g，复合材料表现出良好的长循环寿命，在2000次循环后仍保持95.6

17、%的电容。(4)石墨烯-氧化铋复合材料 Wang等10首次通过热处理合成石墨烯-氧化铋复合材料作为超级电容器电极材料，在比电流为1A/g下，共比电容为255F/g，纯石墨烯比电容为71F/g，在负载氧化铋10A/g下，比电容为757F/g。(5)石墨烯-氢氧化镍（Ni(OH)2）复合材料 Wang等11研究了Ni(OH)2纳米晶体长在不同氧化程度的石墨烯上作为潜在能量存储应用的电化学赝电容材料，在充放电电流为2.8A/g和45.7A/g条件下，Ni(OH)2六边形纳米片直接长在轻度的氧化和电导的石墨烯上的比电容分别高达1335F/g和953F/g，材料具有良好的倍率性能，其较高的比电容和较大的

18、容量在高能量和功率密度的超级电容中有应用的前景。(6)石墨烯-二氧化钛（TiO2）复合材料 TiO2是一种应用广泛的半导体材料，由于其成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及较强的光催化特性，而被广泛应用于传感器、太阳能电池和光催化等领域。Manga等12通过喷墨印刷术处理前驱溶液(氧化石墨和二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛)制备石墨烯-TiO2光电导薄膜，由于这种薄膜制备的光电导体设备具有宽带光电导性、高的光电探测能力和光导率、与纯TiO2的光电探测器相比具有更快的光响应。Williams等13通过紫外照射TiO2悬浮液，使其释放电子还原分散在乙醇里的氧化石墨，TiO2颗

19、粒和石墨烯相互作用阻碍剥离石墨烯的团聚。光催化技术不仅提供了紫外辅助还原技术，而且还开创了制备光敏石墨烯半导体复合材料的新途径。 3.1.2 石墨烯-其他金属化合物复合 其他的金 属 化 合 物 例 如 磷 酸 亚 铁 锂 （LiFe-PO4）氧化锡（SnO2）氧化亚铜（Cu2O）铂（Pt）硫化镉（CdS）与石墨烯复合材料可以用在锂电池、电催化和传感器等方面。(1) 石墨烯-LiFe-PO4复合材料 Ding等14用共沉淀的方法制备了LiFe-PO4/石墨烯复合材料，在实验中石墨烯纳米片用作添加剂。复合材料用XRD、原子力显微镜（AFM）和研究充放电测试的电化学性能来表征，实验结果表明，加入石

20、墨烯能提高LiFe-PO4的容量输送和循环性能。因此LiFe-PO4/石墨烯复合材料适用于二次锂电池。(2) 石墨烯纳米复合材料 Yao等15采用原位化学合成方法制备SnO2-石墨烯纳米复合材料，合成的SnO2-石墨烯纳米复合材料在第一次循环后具有765mA.h/g可逆的锂储存能力和增强的循环性，这些归都因于SnO2-石墨烯纳米复合材料的3D结构。(3） 石墨烯-Cu2O复合材料 Xu等16采用在乙二醇体系中醋酸铜预先吸附在氧化石墨片上来制备石墨烯的复合材料，另外，乙二醇被用作制备Cu2O的溶剂和还原剂，石墨烯-Cu2O复合材料作为锂离子的正极材料，在第一次的充放电循环中容量高达1100mA.

21、h/g，这比石墨烯或者Cu2O都高，但电极材料的循环性能差，尽管目前还不清楚石墨烯或者石墨烯-Cu2O复合材料存储锂的机制，以及在实际应用前还有大量的问题需要解决，但是石墨烯-Cu2O复合材料适用于高容量的锂离子电池正极材料。Li等17用 一 锅 法 还 原 氧 化 石 墨 和 氯 铂 酸(H2PtCl6)制备Pt纳米簇装饰的石墨烯纳米片，电化学试验表明Pt/石墨烯电化学活性比表面积为44.6m2/g，比Pt/Vulcan(30.1m2/g)高，这对于甲醇氧化有着良好的催化性能。Wang等18由CdS纳米晶体用带有丰富的负电荷的羧酸基团氧化石墨为原料制备，在石墨烯的表面原位形成石墨烯-CdS纳

22、米复合材料。相比纯CdS纳米晶体，掺杂石墨烯能促进CdS纳米晶体的电化学氧化还原过程；而且，预先制备的石墨烯-CdS纳米复合材料能与H2O2反应生成牢固的和稳定的电致化学发光传感器(ECL)，不仅增强了它ECL的密度(约4.3倍），且减少了其320mV的开始电压，预先制备的固相ECL的H2O2传感器表现出可接受的线性响应从5M到1mM带有检测极限1.7M(S/N=3)，ECL的H2O2传感器显示出极好的可再现性和长期的稳定性，由于良好的性能，石墨烯可以作为加强的材料制备传感器，应用于化学和生物化学分析中。3.1.3 石墨烯-非金属材料复合 Yan等19由超声波和原位还原方法制备石墨烯纳米片/碳

23、黑复合材料，微观结构测试表明，经过超声后碳黑离子沉积在纳米片的边缘表面，由原位还原沉积在纳米片的基部，复合材料的电化学性能优于纯石墨烯材料，这证明作为逆电流器的碳黑粒子能确保石墨烯和由三维的石墨烯纳米片/碳黑混合材料提供的空旷的纳米通道高的电化学利用，石墨烯/碳黑作为一种超级电容器的碳材料，在扫描速率为10mV/s时，比电容达175F/g比纯石墨烯(122.6F/g)材料高。此外，在6000次循环后电容量只减少最初电容量的9.1%，这些都表明石墨烯/碳黑是有前途的超级电容的材料。Wang等20由简单的一步原位过滤法制备灵活的、固定的、像纸的石墨烯-硅（Si）复合材料，Si纳米粒子高度地压缩到石

24、墨烯母体上，电化学性能表明，石墨烯-Si复合材料膜100次循环(708mA.h/g)比纯石墨烯100次循环后(304mA.h/g)有更好的放电性能。石墨烯作为灵活的基质支撑张力释放，当纳米级的Si释放高电容时,提供电导通道。3.2 石墨烯与聚合物复合 近年来，由于石墨烯能在低填充量下能产生性能突破性的提高，引起了学术和工业的兴趣。改性的石墨烯/石墨和不同的聚合物的基质制备纳米复合材料。研究用不同的方法采用各种有机聚合物制备填满聚合物的石墨烯纳米复合材料。3.2.1 石墨烯/聚苯胺(PANI)复合材料 Zhang等21在酸性条件下采用氧化石墨和苯胺单体的原位聚合制备化学修复的石墨烯/PANI纳米

25、纤维复合材料，在电流密度为0.1A/g的PANI掺杂石墨烯复合材料的比电容高达480F/g，这种研究表明，得到的高比电容和良好的循环稳定性由石墨烯掺杂PANI或者庞大的PANI掺杂氧化石墨/石墨烯。Yan等22通过原位聚合合成石墨烯纳米片/PANI复合材料，石墨烯作为支撑材料能提供更多的活性点为PANI成核以及良好的电子转移路径。石墨烯均匀地涂在PANI纳米粒子(2nm)两表面。石墨烯/PANI的比电容在1mV/s达1046F/g，然而纯PANI比电容为115F/g。另外，GNS/PANI复合材料的能量密度达到39W.h/k，功率密度达到70kW/kg。3.2.2 石墨烯/聚乙烯复合材料 Pa

26、ng等23用水/乙醇协助分散和在200热压缩制备石墨烯纳米片，具有独立的结构的超高分子量的聚乙烯复合材料，因为两维的电导网络，得到的渗透临界值0.07%（体积分数）。3.2.3 石墨烯/聚苯乙烯复合材料 Patole等24用水基于原位微乳液聚合大量的生产聚苯乙烯纳米粒子-功能性石墨烯。聚苯乙烯实现石墨烯功能化是利用石墨烯平面较高的比表面积和在原位微乳液聚合的反应物较好的亲和力。在复合材料中，聚苯乙烯的热性能随着石墨烯的插入而提高。修复的石墨烯显示出良好的兼容性和主体聚苯乙烯母体相互作用形成电导的聚苯乙烯膜。此外，Zhang等25由熔化混合物制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/石墨烯纳米复合材料

27、，其中，石墨烯纳米片由原始的石墨完全氧化，然后热剥离和还原制备。透射电镜显微镜观察显示石墨烯纳米片在聚对苯二甲酸乙二醇酯母体上均匀地分散。石墨烯的插入极大地提高PET的电导性。结果从电绝缘体向半导体急剧的转变带有低的渗透临界值0.47%（体积分数），仅仅3.00%（体积分数）的石墨烯可以获得2.11S/B的电导。低的渗透临界值和超电导对高的外貌比例、大的比表面积和石墨烯均匀地分散在PET母体上有贡献。4.石墨烯复合材料的应用 石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构 ，是其他维的石墨材料的基础材料 它可以包裹形成零维富勒烯 ，卷起来形成一维碳纳米管 ，层层堆积形成三维石墨方法制备出石墨烯以

28、来 ，其就引起物理界和化学界的轰动和极大的兴趣 石墨烯的这种特殊结构 ，使其表现出一些独特的物理性能 ，如室温量子霍尔效应 、超高的电子迁移率和弹道运输 、较长的电子平均自由路径 、良好的热传导 、较强的机械强度和出众的灵活性较低的生产成本（相对于碳纳米管），非常适合于高性能复合材料的开发 在实际应用中 ，石墨烯复合材料可以分为两类 ：石墨烯无机复合材料和石墨烯聚合物复合材料 制备石墨烯复合材料的方法主要有两种 ：先让氧化石墨与其他材料复合 ，再将其中的氧化石墨还原得到石墨烯纳米复合材料 ；或者用改性过的石墨烯与其他材料复合 这些复合材料广泛地应用在超级电容器 、锂电池 、电催化和燃料电池等领

29、域 。4.1.石墨烯在聚合物复合材料中的应用4.1.1 对聚合物力学性能的改善 石墨烯有优异的力学性能，添加到聚合物基体中，理论上能很好地改善材料的力学性能，如拉伸强度、断裂伸长率、硬度等，也有很多报道证实石墨烯的加入对力学性能的改善贡献很大。S. Vadukumpully 等26用溶液混合法制备了聚氯乙烯 (PVC)石墨烯复合材料，发现石墨烯质量分数为2% 时，复合材料的拉伸弹性模量提高了 58%，拉伸强度提高了 130%。可见，石墨烯单独分散到基体中就能对材料力学性能有较好的改善。也有很多研究者将石墨烯纳米微片添加到材料中，J. Longun 等27通过原位聚合制备了聚酰亚胺(PI)石墨烯

30、复合材料，发现石墨烯加入量仅为 1.18% 时，复合材料高弹区的模量增加了110倍。石墨烯在复合材料中性能的体现与其在基体中的分散有关，如果分散不好或出现团聚，可能不能把石墨烯的优异性能很好地体现在复合材料中，所以有很多研究者会先对石墨烯进行修饰，使其能更好地分散在体系中。Wang Xin 等28就用 3 氨基丙基三乙氧硅烷对石墨烯纳米微片修饰，再添加到环氧树脂中，修饰了的石墨烯质量分数为 1% 时，复合材料的拉伸强度提高了 45%，而断裂伸长率提高了 133%。由于石墨烯特殊的性能，其衍生物如氧化石墨烯 (GO)和还原的氧化石墨烯 (RGO) 都被广泛应用于功能性复合材料中。Cai Dong

31、yu 等29将 GO 添加到聚氨酯 (PUR) 中制得了 PURGO 复合材料，发现 GO 质量分数为 4% 可以使拉伸弹性模量提高 7 倍，GO 质量分数为 1% 能使韧性提高 50%，而且硬度和刮伤性也有明显的提高。可见，GO 在复合材料中体现了其自身良好的力学性能。4.1.2 对聚合物电学性能的改善石墨烯本身除了有很好的力学性能外，还有优异的电学性能，可以添加到复合材料中使绝缘体成为可以导电的材料，而且效果非常明显。S. Vadukumpully 等26得到的 PVC石墨烯复合材料的渗流阈值低至体积分数 0.6%，当石墨烯体积分数为 6.47% 时导电率为 5.8 Sm。可见，石墨烯对材

32、料的电学性能有明显的改善作用。当然，对石墨烯进行修饰同样可以使石墨烯在材料中的电学性能有良好改善，V. Eswaraiah 等30采用修饰的石墨烯和聚偏氯乙烯 (PVDF) 制得的复合材料，发现石墨烯质量分数仅为0.5% 即可使导电率由原来的 1016Sm 转变到104Sm，且修饰后的石墨烯也能在材料中形成良好的导电网络。4.2石墨烯在无机纳米材料中的应用石墨烯及其衍生物 (GO 和 RGO) 不仅可以添加到聚合物基体中，也可以添加到无机纳米粒子中得到复合材料，从而使无机粒子本身较弱的力学、电学或热学性能得到改善。Wang Jingyue 等31以 Al 为基体加入质量分数 0.3% 的石墨烯

33、，改性后材料的拉伸强度高达 249 MPa，比纯 Al 提高了 62%。Huang Xiaodan 等32将石墨烯微片添加到 Fe3O4纳米粒子中，放电容量高达 750 mAhg，且具有良好的循环稳定性，在锂离子电池上存在很大的潜在应用。由此可见，石墨烯对无机材料力学性能和电性能的改善都是很明显的。4.3石墨烯的潜在应用4.3.1生物医药石墨烯的宏观比表面积较大，化学纯度高，容易对其进行表面修饰，使得石墨烯复合材料非常适合用作药物载体。Qi Xiaoying 等33采 用 聚 乙 二 醇 氧 化 聚 乙 烯(PEGOPE) 共聚物作为稳定剂，通过强的 作用，吸附在 RGO 的表面，合成了新型的

34、两亲性石墨烯复合材料PEGOPERGO，能溶于甲苯、氯仿、丙酮、乙醇、水等多种溶剂中形成稳定溶液，而且在血浆等生理环境中能保持稳定分散，可以应用在不溶于水和芳香族的药物传递。4.3.2化学传感器关于化学传感器的研究方向，主要在于传感器的材料，由于石墨烯基材料的电学性能对环境非常灵敏，正成为公众关注的焦点。Wang Zhengming 等34采用单层石墨烯作为基础，使其两侧吸附介孔二氧化硅，形成三明治型纳米复合材料，这种结构对 pH 值、氧化石墨烯的表面活性剂、二氧化硅前驱体的含量及合成温度都很敏感，其导电率对分析时的蒸汽压力也敏感，也可应用在传感方面。4.3.3超级电容器石墨烯具有很高的理论比

35、表面积，而结构上是独立存在的单层碳系材料，因此石墨烯微片的两边均可以负载电荷形成双电层。石墨烯微片的特有的褶皱和叠加效果，可以形成纳米孔道和纳米空穴，有利于电解液的扩散，这使得石墨烯复合材料在超级电容器应用上有很大的潜质。Yang Shinyi 等35采用石墨烯纳米片和一维的碳纳米管 (CNT) 制备 3 维的层级结构能提高石墨烯基复合材料的电容性能，得到高孔隙的纳米结构，石墨烯 CNT 材料的比电容得到了很大的提高，能很好地用于超级电容器。5.石墨烯复合材料的展望石墨烯复合材料是一类新型碳材料，具有优异的理化性质，显示出了很好的科研价值和广阔的应用前景。目前，人们已经采用多种方法制得了不同结

36、构的二元和三元石墨烯复合材料。但是，真正要将其得以实际应用，仍有几大问题亟待解决：1）研究者们虽然采用多种不同的法制得了结构新颖，性质优异的石墨烯复合材料，但大多数制备方法距离过程简单，可用于放量制备的工业化要求还有一段很大的差距，如石墨烯的制备，无机材料在聚合物的混合等问题都需要得以解决；2）如何对石墨烯复合材料的结构可控制备是研究者们面临的一大难题；3）对石墨烯复合材料的潜在应用价值的研究还不够系统，没有成熟的研究体系，来解释其具有优异理化性质的原因，相信经过科研工作者大量而系统的基础理论研究和实验工作之后，在不久的将来，随着人们对石墨烯材料的制备方法和应用等问题的不改善和改进，石墨烯复合

37、材料定能改变人类的实际生活。 参考文献1 Saidman S B, Castanon M J L, Ordieres A J M, et al Amperometric detection of d-sorbitol with NAD+-d-sorbitol dehydrogenase modified carbon paste electrode. Analytica Chimica Acta, 2000, 424 (1): 45-50.2 Retna Raj C, Jena B K. Efficient electrocatalytic oxidation of NADH at gold

38、nanaoparticles self-assembled on three-dimensional sol-gel network.Chemical Communication,. 2005 (15): 2005-2007.3 Salimi A, Hallaj R, Ghadermazi M. Modification of carbon ceramic electrode prepared with solgel technique by a thin film of chlorogenic acid: application to amperometric detection of NA

39、DH. Talanta, 2005, 65 (4): 888-894.4 Geim A K, Novoselov K S. The rise of graphene. Nature Materials, 2007, 6(3): 183-191.5 Zhang Y P,Li H B,PanL K,et al.Capacitive behavior of graphene-ZnO composite film for supercapacitors.Journal of Electroanalytical Chemistry.2009,634(1)68-71.6 Wu J L.Shen X P,J

40、iang L,et al.Solvothermal synthesis and characterization of sandwhich-like graphene/ZnO nanocomposites,Applied Surface Science, 2010, 256(9):2826-2830.7 Wang B,Park J S,Wang C Y,et al.Mn3O4 nanoparticles embedded into graphene nanosheets:preparation,characterization,and electrochemical properties fo

41、r supercapacitors. Electrochimica Acta,2010,55(22):6812-6817.8 Chen S, Zhu J W,Huang H J, et al.Facile solvothermal synthesis of graphene-MnOOH nanocomposites.Journal of Solid State Chemistry, 2010, 183(11):2552-2557.9 Yan J,Wei T,Qiao W M,et al.Rapid microwave-assisted synthesis of graphene nanoshe

42、et/Co3O4 composite for supercapacitors.Electrochemica Acta,2010,55(23):6973-6978.10 Wang H W, Hu Z A,Chang Y Q,et al.Facile solvothermal synthesis of a grapheme nanosheet-bismuth oxide composite and its electrochemical characteristics.Electrochimica Acta. 2010,55(28):8974-8980.11 Wang H L. Casalongu

43、e H S.Liang Y Y.et al.Ni(OH)2 nanoplates grown on graphene as advanced electrochemical pseudocapacitor materials. Journal of American Chemical Society, 2010,132 (12): 7472-7477.12 Manga K K,Wang S, Jaiswal M,et al.High-Gain graphene-titanium oxide photoconductor made from inkjet printable ionic solu

44、tion.Advanced Materials,2010,22(46):5265-5270.13 Williams G,Seger B, Kamat P V.TiO2-graphene nanocomposites. UV-assisted photocatalytic reduction of graphene oxide. American Chemical Society Nano, 2008,2(7):1487-1491.14 Ding Y ,Jiang Y,Xu F,et al.Preparation of nanostructured LiFePO4/graphene compos

45、ites by coprecipitation method.Electrochemistry Communications,2010,12(1):10-13.15 Yao J,Shen X P,Wang B,et al.In situ chemical synthesis of SnO2-graphene nanocomposite as anode materials.Electrochemistry Communications,2009,11(10);1849-1852.16 Xu C,Wang X,Yang L C,et al.Fabrication of a graphene-cu

46、prous oxide composite.Journal of Solid State Chemistry,2009,182(9):2486-2490.17 Li Y M,Tang L H,Li J H.Preparation and electrochemical performance for methanol oxidation of Pt/graphene nanocomposites.Electrochemistry Communications,2009,11(4):846-849.18 Wang K,Liu Q,Wu X Y,et al.Graphene enhanced el

47、ectrochemiluminescence of CdS nanocrystal for H2O2 sensing.Talanta,2010,82(1):372-376.19 Yan J, Wei T, Shao B, et al.Electrochemical properties of graphene nanosheet/carbon black composites as electrodes for supercapacitors.Carbon,2010,48(6):1731-1737.20 Wang J Z,ZHONG C,Chou S L,et al.Flexible freestanding graphene-silicon composite film for lithiumion batteries.Electrochemistry Communications.2010,12(11):1467-1470.21 Zhang K,Zang L L,Zhao X S,et al.Graphene/