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| 石墨烯高分子納米復合材料的應用 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-06-03 10:32:37 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/小悅）石墨烯高分子納米復合材料的應用引起了學(xué)者們的強烈關(guān)注，石墨烯高分子復合材料在生物醫學(xué)、太陽(yáng)能電池、電子存儲器、超級電容器、催化劑和阻燃劑等諸多應用領(lǐng)域均取得了較大的成功。
1 生物醫學(xué)
基于石墨烯和石墨烯基復合材料在生物傳感器方面的應用研究已經(jīng)取得了一些成就；DNA和石墨烯的復合薄膜已經(jīng)通過(guò)溶液混合的方法制備得到，其它生物高分子和石墨烯的復合材料的制備可以采用類(lèi)似的方法。通過(guò)還原態(tài)氧化石墨烯間的PVA鏈物理交聯(lián)制備具有生物相容性的水凝膠復合材料，能夠通過(guò)改變溶液的pH值來(lái)控制維生素B12的釋放；研究者還發(fā)現，石墨烯基聚氧乙烯山梨醇月桂酸酯復合材料具有無(wú)毒、較好的生物相容性，可以預期該材料在移植設備，微創(chuàng )儀器，植入物等醫學(xué)領(lǐng)域得到很好的應用。其它具有生物相容性且可生物降解的聚合物復合材料，如將氧化石墨烯薄片摻雜到殼聚糖和聚交酯中，可以極大地拓寬那些被機械性能所限制的聚合物復合材料的應用范疇。
2 太陽(yáng)能電池
石墨烯基高分子復合材料可以被應用在太陽(yáng)能電池材料，一些功能化的石墨烯材料已經(jīng)作為電子受體應用在聚3-己基噻吩（P3HT）和聚3-辛基噻吩（P3OT）基太陽(yáng)能電池中。例如，石墨烯被異氰酸苯酯或丁胺功能化來(lái)提供其可溶性，然后再和P3HT或P3OT混和。制備出的P3OT基石墨烯太陽(yáng)能電池具有0.32％的能量轉化效率，但是在退火后，效率達到1.4％，主要是由于石墨烯組分中官能團的遷移和P3OT組分的相容性和結晶性的提高。石墨烯基高分子復合材料同樣被應用在異質(zhì)結太陽(yáng)能電池的一些組分中。通過(guò)將聚合物鏈嫁接到石墨烯片層上，P3HT的電子離域能力得到提高，在這種情況下，石墨烯在電子輸運中充當了促進(jìn)劑。例如，嫁接了石墨烯的P3HT雙層太陽(yáng)能電池的能量轉化效率比純的P3HT/C60電池高兩倍。
3 超級電容器
超級電容器作為一種新型儲能裝置，以比功率超高和循環(huán)壽命良好著(zhù)稱(chēng)，但比能量較低一直是制約其應用的瓶頸。因此，研究人員嘗試將一些過(guò)渡金屬氧化物或氫氧化物甚至有機氧化還原對結構引入到石墨烯體系，在適當降低團聚進(jìn)而增大雙電層電容的同時(shí)，又給體系引入贗電容，從而顯著(zhù)地改善了材料的電容行為。
石墨烯表面可以形成雙電層，有利于電解液的擴散，因此基于石墨烯的超級電容器具有良好的功率性能。
4 高強度體育用品
目前，傳統的體育器材大都采用木材或金屬材料等，這些材料的物理特性使體育器材的強度受到很大程度上的限制，已達不到現階段人們的需求。添加適量的石墨烯能使石墨烯高分子納米復合材料的尺寸穩定性、韌性、耐熱性和力學(xué)性能同時(shí)得到顯著(zhù)的提高。大量的理論和實(shí)驗證明，石墨烯高分子納米復合材料憑借其機械強度高的特點(diǎn)在體育用品領(lǐng)域有著(zhù)重要的潛在應用價(jià)值。
5 其他應用
在一系列的電致變色設備中，石墨烯高分子納米復合材料還可作為電極材料。高分子/石墨烯柔韌電極有一些商業(yè)應用，如顯示器等。而石墨烯高分子納米復合材料還可以提供適用于電磁輻射的輕量級有效屏蔽材料。
石墨烯高分子納米復合材料其他的商業(yè)應用包括：輕汽油灌、塑料容器、省油飛機和汽車(chē)部件、較強的風(fēng)力渦輪機、醫療埋植劑和運動(dòng)器材等?？傊?，石墨烯作為納米填充物的發(fā)現，為生產(chǎn)重量輕、成本低、性能高的復合材料開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。
盡管石墨烯高分子納米復合材料的發(fā)展仍然處在初期階段，但是它具有的巨大潛力已引起廣大專(zhuān)家和學(xué)者們的極大興趣。隨著(zhù)對這個(gè)領(lǐng)域研究的不斷深入，其應用范圍必將不斷地擴大。然而，為充分發(fā)揮其潛能，仍面臨許多挑戰。進(jìn)一步改善石墨烯復合材料的性能還需要重視形態(tài)學(xué)的影響。因為缺陷和皺褶可能影響其增強能力，因此加強剝離和分散技術(shù)的研究，進(jìn)而提高石墨烯復合材料的機械性能。同時(shí)，增加對石墨烯填充物空間組織的掌握，也有利于幾乎所有類(lèi)型復合材料性能的研究。雖然目前石墨烯復合材料面臨著(zhù)巨大挑戰，但是其工業(yè)和商業(yè)價(jià)值不可估量，并且未來(lái)會(huì )更加明顯。
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