氧化石墨烯和石墨/烯的介绍

       如今科研界的新兴宠儿—石墨烯（Graphene，简称GR），它的zui大特性就是其电子的运动速度远远超过了电子在一般导体中的运动速度，因此其电阻率很小，电阻很小，导电性能很好。所以我们可以用石墨烯充当导电填料，但需要对其进行修饰，以便使得填料量可以大一些，同时介电损耗不至于太大。而且不经修饰的石墨烯，其亲水性及在有机溶剂中的分散性也较差。氧化石墨烯（graphene oxide，简记为 GO）是石墨烯的一种衍生物[65-75]，作为一种新型的碳纳米材料，不仅继承了石墨烯的优点，自身还携带了诸如C=O，C-OH，-COOH等许多丰富的含氧官能团，形成的基本原理是：石墨粉与强氧化剂反应后，氧原子与石墨层间的π电子结合，导致层面内的π键断裂，并以丰富的含氧官能团与碳原子结合，形成共价键型的石墨层间化合物。氧化石墨烯的理想结构组成为C4OOH，其中C、H、O元素的含量随氧化程度的变化而变化，如图4.1所示是典型的氧化石墨烯结构。氧化石墨烯由不同尺寸的未被氧化的芳香―岛‖组成，而这些―岛‖则被含有羟基、环氧基团和双键的六元脂环所分开，芳香环、双键和环氧基团使得碳原子点阵格式近乎处于同一平面，只有连接到羟基基团的碳原子有较轻微的扭曲现象，导致一些层面发生卷翘，含氧官能团都处于碳原子点阵格子的上下，也形成了不同密度的氧原子分布。

由于含氧官能团的加入，也赋予氧化石墨烯一些新特性，如亲水性、在有机溶剂中的分

散稳定性、与聚合物基体有更好的相容性等，研究者们还总结出以下特性：

（1）氧化还原性

氧化石墨烯既可以与氧化剂发生氧化发应，又可以与还原剂发生还原反应，具有一定的

氧化还原性。氧化石墨烯进一步发生氧化反应后，其六方形骨架结构上的所有碳原子都会被

氧化成羧基，形成苯六酸。氧化石墨烯的还原就是利用还原剂去除丰富的含氧基团以及对苯环结构进行修复，目前化学还原法是宏量制备材料zui有效的方法，常用的还原剂有水合肼

(N2H4·H2O)、纯阱、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)、醇类溶液、强碱和氢碘酸等。有学者研究了氧化石墨烯的化学还原法，发现氧化石墨烯经过化学反应后，会产生不饱和的、共轭的碳原子，使电导率显著增加，具有和原始石墨相似的性质，且比表面积高。但还原剂中有些试剂（如：阱）具有毒性或腐蚀性，对环境会造成污染，因此可以用一些温和的还原剂（如：

抗坏血酸）和还原性的糖类（如：果糖）等替代。

（2）热稳定性

氧化石墨烯属于一种热不稳定的化合物，常温状态下也会慢慢自动脱氧，脱氧的过程中，

氧化石墨烯的颜色会逐渐由褐色转变成黑色，而且它脱氧的速率会随着温度的升高而加快，

因此要选择合适的方法来干燥氧化石墨烯，一般是冷冻干燥或者在小于等于50°C的条件下干燥。随着温度的升高，当温度升高到150°C以上时，氧化石墨烯会因受热分解而放出CO、CO2和O2，温度达到200°C时，可能会造成爆炸性的分解，从而形成膨胀石墨。

（3）离子交换性

氧化石墨烯中离子交换原理：氧化石墨烯中含有大量的含氧官能团，其中羧基中的氢可电离成H+，H+会与别的同性离子发生交换作用，氧化石墨烯的离子交换容量可达3~3.5mmol/g，比蒙脱土的离子交换容量(0.6~1.2mmol/g)高3~5倍。

由于氧化石墨烯纳米片的共轭网络受到严重的官能化，其仍具有绝缘的特质。只有对其进行还原处理后才能提高其导电性，但对GO还原处理后得到的化学修饰过的石墨烯的导电性不如原始的石墨烯。故我们用化学修饰过的石墨烯充当填料。因为氧化石墨烯属于一种热不稳定的化合物，在常温状态下也会慢慢的自动脱氧，而且它的脱氧速率还会随着温度的升高而加快。所以本工作中，我们通过对GO溶液进行加热，使其部分脱氧还原，然后与PVDF复合得到改性GO/PVDF的复合薄膜。