石墨烯的制備及石墨烯/PVDF復合材料介電性能的研究*

宋洪松，劉大博

（北京航空材料研究院 結構鋼、功能材料與熱處理工藝研究室，北京 100095）

石墨烯（graphene）是由碳原子六元環緊密構成的單原子厚度的二維晶體，具有重復周期的蜂窩狀點陣結構，它翹曲后可以成為成零維的富勒烯，卷曲后成為一維的碳納米管，多層堆積后成為三維的石墨，因此，石墨烯被看作是構成其他石墨材料的基本單元[1]。2004年英國Manchester大學的Geim等采用簡單的“微機械力分裂法”首先制備出了單層石墨烯[2-4]。石墨烯的出現立刻引起了科學界的廣泛關注，這種新型碳材料成為繼富勒烯和碳納米管后材料學和物理學領域的又一個研究熱點[5，6]。石墨烯由于結構特殊，因而具備許多優異性能，其電子傳輸速度是硅元素的100倍[7]，理論比表面積高達2600m2·g-1[8]，硬度比鉆石還大，同時不失韌性。由于石墨烯具有高強度、高導電率、高比表面積，用其對聚合物材料進行改性有望得到高性能的聚合物基復合材料，使復合材料具有高導電率、高強度、高熱穩定性并具有一定的阻燃性，進一步擴大聚合物材料的應用范圍。當前，以石墨烯為填料，對聚合物的改性主要集中在對材料本身的力學性能、導電、導熱等方面，對于復合材料的介電性能，國內外相關報道很少[9]。

針對于石墨烯的片層結構及高導電性，本文采用Staudenmaier方法制備了純度較高的石墨烯，并將其采用簡單的超聲方法添加到聚偏氟乙烯（PVDF）基體中，通過控制石墨烯的分散和用量，利用介電材料的滲流理論[10]，制備了一系列聚合物基石墨烯納米復合材料，并對其介電性能、介電機理進行了初步研究和探討。……