石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展及其應(yīng)用前景

曾 尤， 王 函， 成會明

(中國科學(xué)院金屬研究所 沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽110016)

石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展及其應(yīng)用前景

曾 尤， 王 函， 成會明

(中國科學(xué)院金屬研究所 沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽110016)

隨著石墨烯低成本宏量制備技術(shù)的突破，石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程已引起人們廣泛關(guān)注。本文介紹了石墨烯在聚合物基復(fù)合材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展，側(cè)重闡述石墨烯/聚合物復(fù)合材料在力學(xué)增強(qiáng)、導(dǎo)電/導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、防腐阻燃等方面的代表性研究成果，同時對商業(yè)化石墨烯產(chǎn)品及其復(fù)合材料應(yīng)用進(jìn)行了簡單評述，探討了石墨烯/聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域目前存在的主要問題及未來發(fā)展趨勢。

石墨烯； 聚合物； 納米復(fù)合材料； 應(yīng)用前景

1 前言

理論上，石墨烯是由單層碳原子通過sp2雜化緊密堆砌而成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的材料[1, 2]，具有優(yōu)異的力學(xué)性能(模量約1 100 GPa、斷裂強(qiáng)度約130 GPa)、極高的導(dǎo)熱性(其面內(nèi)熱導(dǎo)率高達(dá)5 000 W·m-1·K-1)、高的電子遷移率(達(dá)2×105cm2·V-1·S-1)以及優(yōu)異的阻隔性能等[3, 4]，使得其在微納器件、復(fù)合材料、傳感器、儲能及催化材料等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景[5-8]。實(shí)際上，石墨烯一般指10層以下的各種石墨烯結(jié)構(gòu)，包含但不限于單層石墨烯、雙層石墨烯、多層石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯薄膜、三維石墨烯結(jié)構(gòu)等。目前，石墨烯可通過微機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積(CVD)、氧化還原、外延生長、插層膨脹剝離、液相剝離等方法獲得，在片層厚度、結(jié)構(gòu)完整性、微觀形態(tài)、官能團(tuán)、透光性、產(chǎn)率及制造成本等方面具有顯著差異，可分別適用于各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域(圖1)[9]。……