改性氧化石墨烯纳米材料

氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是目前**常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片，此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化，氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原，得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然***得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷，导致其导电性不如原始的石墨烯，不过这个氧化−剥离−还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工，提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性，考虑量产的工业制程中，上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。氧化石墨烯粉体只有第六元素具备规模化产能。改性氧化石墨烯纳米材料

自碳纳米管(CNTs)在1991年被Iijima报道以来［10］，这种具有一维纳米尺寸的管状碳材料以其独特的力学、电学、热学及光学特性，在电极材料、医学、储氢装置和催化剂等诸多领域［11～13］得到了广泛的应用。锂离子电池领域是碳纳米管相当有潜力的应用方向之一。首先，碳纳米管自身就是一种***的锂离子电池负极材料;其次，碳纳米管尤其是使用化学气相沉积技术制备的定向生长的三维碳纳米管阵列具备优异的机械强度，并且由于其独特的弹道电子传导效应及抗电迁移能力，其电导率可高达105S/m［14］。将其作为三维导电结构或导电添加剂加入到其他电极材料之中，不但可提高复合电极的电子与离子传输能力，还可***增强电极的机械性能。浙江生产氧化石墨烯生产企业氧化石墨烯材料可以用于聚合物复合材料的原位聚合。

近年来，石墨烯薄膜因其高电导率和轻巧柔钿的特性而受到越来越多的关注。石高全教授课题组［５１］通过蒸发诱导自组装法对引入少量纤维素纳米晶体（ＣＮＣ）的氧化石墨分散液进行干燥处理，然后使氢碘酸对得到的薄膜化学还原，其中，ＣＮＣ能够诱导石墨烯片上形成皱纹，使其机械性能得到了进一步增强。测试结果表明，这种薄膜具有拉伸强度比较高可达８００ＭＰａ，且断裂伸长率、初性和电导率分别达到６．２２±０．１９％、１５．６４１２．２０ＭＪｍ＿３、１１０５±１７Ｓｃｍ－１，远远髙于其他文献中报道的性能。Ｃｈｅｒ＾Ｍ等人通过在单层石墨烯上沉积金膜制备了ＧＯ／Ａｕ复合电极，在沉积金膜的厚度为７ｎｍ时，复合膜在５２０ｎｍ波长处具有２４．６Ｑｍ＿２的**电阻和７４．６％的高透射率。为了更直观地分析其电学性能，Ｃｈｅｎ等人组装了基于ＧＯ／Ａｕ复合电极的超级电容器，测试发现，与基于单层石墨烯的超级电容器相比，其电容提高了１７倍，并且表现出良好的机械稳定性，证明了石墨烯复合膜在柔性电子领域具有巨大的应潜力。

除了可以将太阳能转换为热能存储之外，石墨烯相变材料也可以将电能转换为热能存储。Ｗａｎｇ［６５］等人通过冰模板法制备了石墨烯纳米片（ＧＮＰ）气凝胶，然后与石蜡复合得到相变复合材料，具有高导热性、较好的形状稳定性和热稳定性，当ＧＮＰ含量为４．１ｗｔ％时热导率可达到１．４２Ｗｍ－１１Ｃ１。此外，当电压为５Ｖ时，流经样品的电流约为１．１８Ａ，此时温度迅速升高，证实了其出色的电热转换能力。Ｌｉ［６６】等人将气相扩散法和溶胶－凝胶法相结合，通过超临界Ｃ０２干燥和热退火过程，制备了具有各向异性网络的三维石墨烯气凝胶，导热率和导电率分别高达１．７１士０．２Ｗｎｒ１１Ｃ１和３４１．３Ｓｎｒ１。其相变复合材料在施加１？３Ｖ的电压时，电－热转换效率比较高可以达到８５％。这项工作能够为开发智能的电－热转换及存储系统提供理论基础，并证明了石墨烯相变复合材料在电子设备、太阳能存储利用、热管理系统等领域具备的潜力。氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性，样品单层率＞90%，产品经轻微搅拌就可与水相互溶。

石墨烯是碳材料家族的新成员，它是由碳原子以sp2杂化轨道组成的只具有一个原子层厚度的单层片状结构材料。同碳纳米管一样，石墨烯也以其诸多优点而被广泛的应用于储能电池领域:(1)石墨烯具有极高的比表面积，其理论值高达2600m2/g［16］，这使得石墨烯基复合电极有着很好的电解液相容性;(2)石墨烯的电导率远超其他碳材料，以石墨烯为导电结构的复合电极材料可以发挥优异的倍率性能;(3)石墨烯衍生物如氧化石墨烯(GO)与还原氧化石墨烯(ＲGO)上含有的大量官能团与缺陷位可以作为多种金属及金属氧化物纳米粒子的生长位点。这种由石墨烯矩阵组成的复合结构可以有效的抑制纳米电极材料在充放电过程中的团聚现象及电极巨大的体积变化，从而增强电极材料的容量保持率与循环稳定性。氧化石墨烯具有两亲性，是因为其含有官能团。改性氧化石墨烯纳米材料

可应用于电机、变压器、电力电缆、电气柜、新能源汽车、风力发电、电触头材料等领域。改性氧化石墨烯纳米材料

利用石墨烯的纳米效应，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜也是石墨烯应用到热管理中的途径之一。如中科院陈成猛团队[58]制备出一种柔性的石墨烯-碳纤维复合膜散热片，结果表明其热导率达到977W/(m·K)，其热传递的效果好于铜。**科大[59]制备出三维的石墨烯-碳纳米环薄膜，其热导率可达946W/(m·K)。浙江大学高超团队[60]报道了一种快速湿纺组装（wet-spinningassembly）的方法制备石墨烯薄膜，其热导率达530~810W/(m·K)。可见，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜，复合薄膜的改性氧化石墨烯纳米材料