石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，自从其发现以来，石墨烯在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。尤其是它极高的机械强度，出色的导电和导热性能，以及丰富的来源（石墨），使其能作为一种理想的无机纳米填料来制备聚合物复合材料。但是目前为止，石墨烯材料的大规模制备，以及如何将石墨烯均匀地分散到聚合物基体中并且优化石墨烯与聚合物基体之间的界面作用力一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了多种新颖的方法实现了对石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制备了多种高性能的石墨烯/聚合物复合材料，这些材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。玻纤增强复合材料户外使用具有超长耐候性。常州导热石墨烯复合材料图片
对氧化石墨烯的化学还原早在1962年就有过文献报道，Boehm等人发现片层氧化石墨能在碱性，水合肼，硫化氢或二价铁离子的条件下还原成只含少量H和O的碳纳米片层[49]。2007年，Ruoff等人系统的研究了水合肼对氧化石墨烯的还原，他们先将氧化石墨在水中进行超声剥离得到稳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，发现随着反应的进行，许多黑色固体颗粒从溶液体系中沉淀下来。说明随着含氧基团的离去，石墨烯片层间的π-π共轭作用增强致使石墨烯在水中发生了不可逆的团聚[89]。这种团聚现象可以通过对氧化石墨烯的表面修饰得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）后再进行还原，由于PSS与石墨烯的非共价作用，抑制了石墨烯的团聚，得到了稳定的单层石墨烯溶液[90]。随后，各种表面活性剂[91]，共轭聚合物[92,93]，共轭小分子[94,95]等也被用来非共价修饰还原石墨烯。还原氧化石墨烯之前对之进行共价改性也能抑制石墨烯的团聚，如Ruoff等人先用异氰酸苯酯对氧化石墨烯改性，再用二甲肼还原，同样得到稳定的石墨烯溶液[96]。用聚合物对氧化石墨烯进行共价改性后再还原也是目前常用的制备可溶性石墨烯的方法。常州合成石墨烯复合材料商家常州第六元素建有自动控制规模化生产线，市场占有率居国内外前列。
随着我国经济的发展以及对于基础建设的大力推进，**、易施工、价廉的混凝土的用量日益增加，然而由于混凝土基体内部存在微裂缝和孔隙的缺陷，导致混凝土容易遭受一些腐蚀介质如氯盐、硫酸盐等的侵蚀，从而使混凝土构件的服役寿命缩短。利用纳米材料来提高混凝土结构的耐久性能已成为目前研究的重要内容。Wang95等研究发现当GO的添加量为0.02wt.%时，可使水泥基复合材料的28天抗压和抗折强度分别提高40.4%和90.5%，水泥基材料在3d龄期的放热量及放热速率下降50%，这在很大程度上减少了由于水泥水化热的作用导致温度应力而出现裂缝。可见GO的添加既能够增强水泥基的力学强度，又能够减小外界腐蚀因子对水泥的侵蚀，从而提高了水泥的耐久性能。
GO的亲水性好，易于分散到水泥基复合材料中。表5.3总结了文献中GO对于水泥基复合材料力学性能的影响，由表5.3中的实验数据可见，添加GO能够提高水泥基复合材料早期和后期的力学强度。由于国内外各研究者所用的GO不同，所以实验结论中GO的比较好掺量以及对于水泥复合材料的提升效果也有较大差异。关于GO与水泥基复合材料的作用机制，研究者也有不同的观点，目前仍没有定论。水泥基复合材料本身是由水泥，水，砂，石等几种不同物质组合在一起形成的一种混合材料，所以，从宏观方面，其性能和组成材料有很大关系，水泥、水/胶凝材料的比例、GO类型和养护龄期等因素对水泥基复合材料的机械强度都有很大影响。从微观方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能团也对水泥基复合材料的力学性能有影响。导热型石墨烯，外观为黑色粉末。
聚合物的结晶过程会直接影响其加工性能，氧化石墨烯加入到聚合物中可以在复合体系中起到成核剂的作用，有效地改善聚合物的结晶过程。研究人员对聚乳酸（PLLA）/氧化石墨烯纳米复合材料进行了非等温和等温过程中冷结晶行为的研究64。通过不同升温速率的差热分析发现，随着氧化石墨烯负载量的增加，聚乳酸的结晶峰温向低温范围转移，这说明聚乳酸的非等温冷结晶行为有明显改善，而且氧化石墨烯可***地提高聚乳酸的结晶速率，并使其结晶机理和晶体结构保持不变。氧化石墨烯滤饼（SE2430W、SE243PW、SE243EW）。常州导热石墨烯复合材料图片
石墨烯防腐浆料中分散有少层石墨烯，且具有较高的稳定性。常州导热石墨烯复合材料图片
在非导电聚合物基体中加入导电填料通常能使聚合物表现出一定的导电性，而且聚合物导电性随着填料含量的增加呈现出一种非线性的提高。当在填料添加量达到某一个数值，即逾渗阈值时，这些填料能在基体中形成导电网络，使复合材料的导电性能大幅度增强。因此，石墨烯本身良好的导电性以及宽高比决定了它可以作为一种理想的无机相来制备导电复合材料。相比于对石墨烯基复合材料导电性能的研究，对聚合物/石墨烯复合材料导热性能的研究要少很多，这可能是由于在碳纳米管增加聚合物导热性能的研究中效果不甚理想的缘故。不同于导电性的增强，好的导热性需要很强聚合物与填料之间的结合力。因此，原位聚合法在制备导热性能良好的复合材料时具有一定的优势。常州导热石墨烯复合材料图片
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