石墨烯（graphene）是近幾年來發展起來的一種新型二維無機納米材料，自從其發現以來，石墨烯在化學、物理、材料、電子等各個領域顯示了廣闊的應用前景。尤其是它極高的機械強度，出色的導電和導熱性能，以及豐富的來源（石墨），使其能作為一種理想的無機納米填料來制備聚合物復合材料。但是目前為止，石墨烯材料的大規模制備，以及如何將石墨烯均勻地分散到聚合物基體中并且優化石墨烯與聚合物基體之間的界面作用力一直是科學界及工業界尚待解決的難題。本學位論文圍繞著這些問題，運用了多種新穎的方法實現了對石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制備了多種高性能的石墨烯/聚合物復合材料，這些材料在航空、運輸、生物醫藥等方面具有潛在的應用價值。石墨烯產品廣泛應用于電子器件、儲能材料、傳感器、半導體、航天、復合材料以及生物醫藥等領域。河北合成石墨烯復合材料圖片

當前，石墨烯材料研究領域真正的挑戰是如何低成本、大批量地生產高質量的石墨烯薄層,從而進行大規模應用.石墨烯材料的制備思路可分為自上而下從石墨或碳納米管剝離得到石墨烯與自下而上地用分子合成石墨稀兩種（圖1）[23].前者以石墨稀和碳納米管為原料通過機械剝離法、液相剝離法、氧化還原法等方法將石墨片層從石墨中剝離出來，后者通過含碳化合物以化學氣相沉積和有機合成等途徑來合成石墨烯。機械剝離法直接從石墨出發，通過一定的機械力將石墨片層剝離，可以制備得到缺陷較少的石墨烯材料.Geim小組就是通過“撕膠帶”的機械剝離法***制備出了單層石墨烯.山東附近石墨烯復合材料類型常州第六元素擁有石墨烯微片的缺陷修復/比表面可控技術。

在碳納米管上負載納米粒子得到了廣泛的關注和研究，這種新型的納米結構也已經在生物醫藥、催化、傳感器的領域取得了一定的進展。相對于碳納米管，石墨烯具有相似的穩定的物理性質，但是具有更高的比表面積，因此，在石墨烯上負載納米粒子同樣有希望得到新的納米結構，并改變其物理特性而產生更為豐富的功能與應用。除與納米粒子復合外，石墨烯與其他碳基納米材料也可復合組裝形成復合材料。Liu等人通過共價連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復合材料，發現富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學性能得到了顯著提高。Yang等人將碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級電容器，發現當石墨烯含量為90%時比電容高達326.5F/g。同時，許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復合材料在制備透明導電薄膜方面的優勢，他們發現石墨烯與碳納米管混合后制備的導電薄膜在性能上要優于單一組分的導電薄膜。

除作為添加劑增強聚合物性能外，氧化石墨烯也可單獨作為一種功能材料使用。如氧化石墨烯可作為活性吸附劑吸附廢氣，Bandosz課題組報道了氧化石墨烯對氨氣有效的吸附。氧化石墨烯也同樣在生物領域表現出了重要的應用價值，它能作為一種新型的分子探針有效地檢測生物分子。Yang等人研究了氧化石墨烯作為藥物載體對阿霉素（DXR）的負載及可控釋放，他們發現阿霉素通過π-π共軛作用吸附于氧化石墨烯上，并且通過調節體系的pH值可以對阿霉素的釋放進行調控，證明了氧化石墨烯在藥物控制釋放領域的潛力。**近，Ruoff課題組開發了一種以氧化石墨烯為結構單元的新型類似于紙材料，他們通過將氧化石墨烯的水溶液在微孔濾膜上過濾，得到了這種氧化石墨烯紙。這種材料具有規整的互鎖式排列結構，楊氏模量可高達40GPa，可有望廣泛應用于電子元件，可控透氣性膜等領域。石墨烯防腐漿料 與粉料相比，漿料中的石墨烯更易于分散在基體材料中。

氧化石墨烯（GO）是化學氧化法制備石墨烯的一種中間產物，具有SP2（C=O、C=C等）和SP3（C-C、C-O-C、C-OH等）雜化結構，表面帶有大量的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團，這些含氧官能團豐富了其表面活性，賦予了GO更多有趣的理化和生物學特性。GO具有以下特性：（1）良好的親水性，由于GO表面帶有大量的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團，使片層間存在靜電斥力，因此可以很好的分散在水中；（2）具有較大的比表面積（2630m2/g），賦予GO超高的載藥能力；（3）獨特的兩親性，由于同時含有疏水性的平面與親水性的邊緣，使其具有特殊的表面性質，疏水***物和染料可通過π-π堆積或疏水作用等對GO進行非共價修飾而負載，而含氧官能團等親水性邊緣可為功能化修飾提供活性位點；（4）固有的光學性質及光熱轉換能力，使GO不僅能實現***細胞的生物成像，還能在***水平上實現光熱***；（5）優異的機械性能，可以改善生物支架材料的空隙結構和機械性能，包括抗壓強度和抗曲強度，而且可以加強支架的生物活性。基于這些特性，GO已被廣泛應用于生物醫學和復合材料等研究領域，尤其在藥物載體、生物成像、**的光熱***及組織再造工程等方面表現出了巨大的應用潛力。氧化石墨還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。北京合成石墨烯復合材料價格

常州第六元素擁有石墨的深度插層和高解離率的制備技術。河北合成石墨烯復合材料圖片

對氧化石墨烯的化學還原早在1962年就有過文獻報道，Boehm等人發現片層氧化石墨能在堿性，水合肼，硫化氫或二價鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年，Ruoff等人系統的研究了水合肼對氧化石墨烯的還原，他們先將氧化石墨在水中進行超聲剝離得到穩定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，發現隨著反應的進行，許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來。說明隨著含氧基團的離去，石墨烯片層間的π-π共軛作用增強致使石墨烯在水中發生了不可逆的團聚[89]。這種團聚現象可以通過對氧化石墨烯的表面修飾得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）后再進行還原，由于PSS與石墨烯的非共價作用，抑制了石墨烯的團聚，得到了穩定的單層石墨烯溶液[90]。隨后，各種表面活性劑[91]，共軛聚合物[92,93]，共軛小分子[94,95]等也被用來非共價修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對之進行共價改性也能抑制石墨烯的團聚，如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對氧化石墨烯改性，再用二甲肼還原，同樣得到穩定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對氧化石墨烯進行共價改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。河北合成石墨烯復合材料圖片