石墨烯/聚合物纳米复合材料制备方法及应用研究

聚合物材料是目前市面上使用最多而且最为广泛的材料，它具有密度小和加工性好的特点，无论在工业界还是人们的生活中，随处都可见到这种材料的使用。自从粘土/聚合物纳米复合材料被报道以来，纳米复合材料以其优异的力学性能成为科学界和工业界竞相研究的对象。随着对于纳米复合材料的不断研究，石墨烯被成功地引入聚合物基体中，如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯（PU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚烯烃、聚苯乙烯（PS）、尼龙（PA）等，从而制备出大量的高性能石墨烯/聚合物纳米复合材料。目前石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法主要有三种。

石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备

1、原位聚合

在原位聚合法中，石墨烯或改性石墨烯首先与单体或预聚体共混，将合适的引发剂分散进去，然后调整温度和时间等参数，用热或辐射引发聚合，最终制得石墨烯/聚合物纳米复合材料。

原位聚合法有两个优点：(1)确保了填料颗粒在聚合物基体中的均匀分散；(2)制备出的纳米复合材料中填料颗粒和聚合物之间相互作用力大，有利于应力转移。研究人员用该法成功制备了许多种石墨烯/聚合物纳米复合材料，如：石墨烯/聚酰亚胺(PI)、石墨烯/聚氨酯(PU)、石墨烯/聚吡咯、石墨烯/聚苯胺、石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)等。然而，该方法的缺点是引入石墨烯后聚合体系的黏度增大，使得聚合反应变得复杂，操作变得困难。

2、溶液共混

溶液共混法需要先得到能在有机溶剂中稳定分散的石墨烯分散液，再将聚合物分散于溶液中，除去溶剂，即可制备出石墨烯/聚合物纳米复合材料。

石墨烯/PS、石墨烯/PU、石墨烯/聚碳酸酯(PC)、石墨烯/PMMA、石墨烯/聚乙烯醇(PVA)、石墨烯/环氧树脂(EP)等聚合物纳米复合材料均可采用溶液共混法制备。该方法是制备聚合物基纳米复合材料的最直接途径。先将石墨烯在有机溶剂中稳定分散，能有效控制石墨烯的尺寸与形态，更容易实现石墨烯在聚合物基体中的均匀分散。然而该方法常需要使用有机溶剂，会对环境产生污染。

3、熔融共混

采用熔融共混法制备石墨烯/聚合物纳米复合材料时，首先要将聚合物和石墨烯的混合物加热至聚合物熔点以上，使其处于熔融状态，然后利用剪切作用促使石墨烯在聚合物中分散，即可获得石墨烯/聚合物纳米复合材料。

熔融共混法不需要溶剂，比上述两种方法更经济和环保。然而石墨烯在聚合物基体中不易分散，与聚合物的界面作用较差。此外，如果化学改性的石墨烯中的官能团在熔融状态下不稳定，则不适合采用熔融共混法制备复合材料。石墨烯/PU、石墨烯/PMMA、石墨烯/PC等可以采用此法制备。

石墨烯/聚合物纳米复合材料应用

因为石墨烯具备科学意义和应用价值，目前已在生物医药、电极材料、光、电传感器等方面表现出巨大的应用优势。随着对其研究的不断加深，石墨烯及其衍生物在聚合物基复合材料方面的应用展现出更大的潜力，主要表现在增强力学性能，提高光电、导电导热性能及提高热稳定性和机械稳定性等。

本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑