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综述与专论 董月 等·石墨烯在橡胶中的应用以及研究进展

表 1 石墨烯的制备方法的优缺点
制备方法 优点 缺点
CVD 技术操作起来需要大于 800℃的高温，而
能制备出均匀的薄膜，而且薄膜的成分易于控
化学气相沉积法（CVD） 且有些器件在高温环境下不稳定，从而限制了常规
制，重复性好，不受基体表面形状的限制
CVD 法在某件材料制备上的应用
只需要改变电解溶液的离子强度和 PH 值， 就 使用的原材料一般带有活性官能团，例如羟基、
能改变组装膜内吸附分子的链结构和组装膜的表面 氨基等，当用作电化学器件时，在电流的催化作用
逐层沉积法（LBL） 结构，对组装膜的厚度、组分、密度进行调控，与 下，这些游离的官能团易发生不可逆的氧化还原反
CVD 相比，LBL 法制备石墨烯 / 碳纳米管复合薄膜 应，将会严重影响器件的整体性能，最终缩短其使
方法简单、成分低、应用范围广 用寿命
沉积速率高，均质性好、膜厚易控且不需添加
电泳沉积法 对于基底的表面清洁度的要求高
黏接剂，成本低等
该法制备的薄膜厚度可通过配置不同浓度和体
成膜的面积受滤纸面积的限制，而且在抽滤过
积的悬浮液得到精确的控制，操作简单、成膜均匀
真空抽滤法 程中，由于片层的层层叠加，使得抽滤速度越来越
以及原料利用率高，适合实验室条件下的基础科学
慢直至停下，从而限制大厚度薄膜的制备
研究
相对于抽滤成膜技术，该法制得薄膜的面积由
该方法制成的薄膜厚度不均匀，而且原料的利
涂制成膜法 衬底的尺寸进行控制，厚度可通过改变仪器的参数
用率也相对较低
进行调节
表 2 石墨烯 / 复合材料的制备方法的优缺点
制备方法 优点 缺点
GO 的分散性和剥离度都很低，与聚合物的界面作用较差，即使
机械共混 在工业实践中是一种最兼容且环境友好的方法 采用化学改性的 GO，提高基体的综合性能也需要高含量的 GO，而
高含量的 GO 将不可避免地劣化聚合物的延展性、韧性和加工性能
该方法是基于溶液体系的，因此聚合物必须可
虽然通过溶液共混在制备 GV 的过程中可控制其尺寸与形态，
溶，聚合物吸附在 GO 片层上，溶剂蒸发，GO 片层
且分散比较容易，可以制得低级性甚至无极性的聚合物纳米复合材
溶液共混 重新堆叠，将聚合物夹在层间，从而形成纳米复合材
料，但溶剂的缓慢蒸发也会引起 GV 堆叠，并且使用有机溶剂的附
料。溶液共混可以防止 GO 的团聚，其分散性明显高
加成本和对环境造成的污染也是不可忽视的
于机械共混
乳液共混是将 GO 的水性分散液与聚合物乳液共
乳液共混 混以制得复合材料。相比于溶液共混，乳液共混同样 成本较高
有利于 GO 在基体中的均匀分散
原位聚合 原位聚合法可以将填料均匀地分散在聚合物基体中 加入填料聚合物的豁度增大，使得聚合物反应变得复杂

表 3 石墨烯 / 复合材料的机械性能 增大就是拉断伸长率和定伸应力 ；除此之外，随着石
项目 GN-0 GN-1 GN-2 GN-3 GN-4 墨烯的增多，交联密度增大，当交联密度达到一定的
拉断强度 /MPa 18.20 18.61 23.61 18.3 22.09
拉断伸长率 /% 274.75 283.62 306.87 293.25 283.88 值时，更有利于石墨烯的应力诱导结晶，而应力诱导
100% 定伸 /% 4.48 5.93 8.87 6.93 7.62
撕裂性能 52.10 61.56 52.18 52.14 55.52 结晶是复合材料增强的关键因素。
2.2 与导电高分子的复合
2、3、4 份石墨烯的机械性能。
与普通的纳米填料和碳纳米管相比，合成的石墨
从表 3 可以看出加入石墨烯的复合材料的拉断强
烯大多来源于天然的石墨，不仅价格便宜，而且便于
度有了明显的提高，随着石墨烯的含量的增加，拉断
使用，加上石墨烯具有独特的层状结构，它是很薄的
伸长率、100% 定伸都有了明显的提高。分析原因认
单层结构，属于层状结构，因此它可以考虑成为理想
为 ：相比于碳纳米管和炭黑，石墨烯具有自己独特的
的高导电填料，与高分子材料复合可以提高高分子材
特点 ：柔韧性和超薄的厚度，这些特点会导致石墨烯
料的导电性。
有极强的机械结合和吸附，除此之外，石墨烯还具有 [1]
Seveyrat 等人 报道了聚氨酯复合材料填充石墨
较高的比表面积，因此在橡胶材料中加入石墨烯之后
烯之后的导电性能明显升高，几乎接近渗滤阈值。另
会导致体系内的物理缠结点和交联点增大，导致交联 [2]
外 Romasantaet 等人 研究了聚（二甲基）硅氧烷
密度增大。随着石墨烯含量的增多，体系内的物理交
（PDMS）添加石墨烯之后，导电性在低频 10 Hz 下从
联点和缠结点的增加，体系内的交联密度增大，随之
2.7 增加到 232，之后使用熔融混合的方法，将石墨烯

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