石墨烯改性复合材料制备方法

石墨烯作为一种新型的纳米材料，因其具备十分优异的物理化学性能而有着巨大的应用潜力，将石墨烯纳米片与其他高分子聚合物复合可以制得综合性能优异的复合材料。如何使石墨烯维持纳米结构并均匀的分散在基体材料中，是制备聚合基石墨烯的复合材料的关键因素。目前主要通过选择合适的复合材料制备工艺、对石墨烯表面进行修饰和功能化来解决石墨烯在基体材料中的分散问题。目前制备石墨烯填充改性复合材料的主要方法有以下三种：

（1）烧融插层聚合反应

烙融插层聚合反应是通过高温加热使聚合物处于烙融的状态，然后在其中加入石墨烯，经过烙融混合后制得复合材料。该工艺简单，不需要添加溶剂，适和大规模工业化生产，但是该方法有一定的局限性，仅适用于制备热塑性复合材料而并不适用于其他复合材料制备。

（2）原位插层聚合反应

原位插层聚合反应是将石墨烯和聚合物单体混合均匀后在一定条件下发生单体聚合反应，该方法一定程度上可以使石墨烯在基体材料中均匀的分布。因为石墨烯参与聚合反应，所以促进了其在聚合物基质中的均匀分散，并且增强石墨烯与聚合物基体之间的界面结合力，从而改善复合材料的机械性能。然而，因为石墨烯具有很大的比表面积，发生聚合反应时会导致反应的速率过慢。Verdejo等研究表明，在二甲基硅氧烷中添加石墨烯后，聚合反应的速率比没添加石墨烯大大的下降了。

（3）溶液插层聚合反应

溶液插层聚合反应是将石墨烯、聚合物分散在溶剂中混合均匀制得复合材料。一般通过超声分散先将石墨烯分散在可溶性聚合物试剂中，并且通过超声震荡将聚合物溶解使其混合均匀，最后通过干燥除去溶剂。该方法简单有效，可应用于合成低极性或非极性聚合物插层复合材料，最大的不足之处在于溶剂的去除难以解决，易产生较大的污染。Barroso-Bujans等采用溶液插层聚合反应制得了石墨烯，然后利用一些表征手段对石墨烯表面进行微观分析，发现在经过多次溶剂去除和干燥后，仍然有部分溶剂残存在石墨烯表面。