石墨烯基聚合物复合材料的最新进展.docx

1、石墨烯基聚合物复合材料的最新进展石墨烯基聚合物复合材料的最新进展摘要本文综述了改性石墨烯以及构造石墨烯基复合材料的最新进展。由于加入少量的石墨烯就可以使某种性质产生巨大的提高，最近，石墨烯备受学术领域和工业领域科学家们的关注。人们对石墨烯/氧化石墨烯的改性以及利用这些材料与不同聚合物基体构造纳米复合材料进行了探索。人们运用一系列的方法利用不同聚合物构造添加石墨烯的聚合物基纳米复合材料。对于改性的石墨烯基聚合物纳米复合材料中，添加非常少的石墨烯即可获得渗透阈值。本文阐述了科学文献中的具体例子，进而讨论了聚合物/石墨烯纳米复合材料的一般的结构、制备方法、以及性质。1 引言在过去的二十年中，纳米科学

2、领域飞速发展，并且随着小型化在计算机、传感器、生物医学以及其他应用领域变得更为重要，纳米科技的重要性也会日益增加。这些学科的发展在很大程度上都依赖于合成不同材质、尺寸、形状的纳米材料以及把这些材料有效构造出复杂架构的能力。目前，由于纳米材料的结构特征，它们拥有广泛的应用领域。然而，材料学的科学家们正致力于测试在纳米科学与科技领域具有更合适尺寸的材料的得到改进的物理化学性质。在这个意义上，石墨烯以及石墨烯基聚合物纳米复合材料的发现是纳米科学领域的一个重要补充，在现代的科学与技术领域展示出重要作用。丰田科研组发现的聚合物纳米复合材料曾在材料科学领域打开了新的层面。特别是利用无机纳米材料作为添加剂制

3、备聚合物/无机复合材料引起了越来越多的关注归因于其独特的性质以及在汽车，航天，建筑，电子等行业的无数的潜在应用。目前为止，大部分研究都集中在基于诸如层状的硅酸盐的蒙脱石类型以及合成陶土（分层的双羟基化合物）等天然来源的层状材料的聚合物纳米复合材料。然而，陶土的电导和热导率却非常的低。为了解决这些问题，诸如炭黑，EG，CNt和CNF等碳系的纳米填料被引入用以制备聚合物纳米复合材料。在这些材料中，CNT作为导电填料被证明是十分有效的。碳纳米管作为纳米填料的唯一缺点是成本过高。因此，大规模生产碳纳米管功能复合材料是十分困难的。正如Nicholas A.Kotov在自然杂志中发表论文所提出的问题：当碳

4、纤维不能满足性能需要，而碳纳米管成本又太高的时候，科学家要到何处寻找一个考虑成本的问题的实用性的导电复合材料？答案应该是石墨烯。石墨烯被认为是拥有SP2的平面碳原子键合的密集堆积的蜂巢状晶格的单原子厚度的二维碳纳米填料。它被认为是具有巨大应用潜力的宇宙中最薄的材料。石墨烯被认为拥有显着的特性，如高导热性，优越的力学性能和优良的电子输运性。由于石墨烯这些固有的性质在无数的设备的中得到可能的利用，这些性质引起了科学家们的广泛兴趣。这些设备包括新一代高速射频逻辑器件，热和电纳米增强复合材料，超薄碳薄膜，电子电路，传感器，以及应用于太阳能电池的透明、可变电极。由于具有高的比表面积，长宽比，拉伸强度（T

5、S），导热性和导电性，电磁屏蔽能力，灵活性，透明度以及低热膨胀系数，石墨烯由于其他的常规纳米填料（钠蒙脱石，乳酸脱氢酶，碳纳米管，CNF的，乙二醇等）。表1给是一个关于石墨烯与碳纳米管，钢铁，塑料，橡胶和纤维的力，热性能和电性能的比较图表。石墨烯的强度与碳纳米管相似或更高，但远高于钢，芳纶，高密度聚乙烯和天然橡胶的强度。石墨烯的导热系数高于所有的材料的热导系数。除钢材料以外，石墨烯的电导率也要高于所有的材料的电导率。相比于聚合物，石墨烯的卓越性能也体现于聚合物/石墨烯纳米复合材料。与纯粹聚合物相比，聚合物/石墨烯纳米复合材料具有更高的力学性能、热性能、气阻性能、电性能以及阻燃性能。有文献报道石

6、墨烯基聚合物纳米复合材料比陶土基纳米复合材料或其他碳填料的聚合物纳米复合材料的力学性能、电性能改进的更好。虽然碳纳米管展示出相似力学性能，石墨烯仍然在某些方面，如热性能和导电性，是一种比碳纳米管更好地纳米填料。然而，在纳米复合材料的物理化学性能的提高取决于聚合物基体的石墨烯层的分布以及石墨烯层与聚合物基体的之间的界面结合。石墨烯和主体聚合物之间的界面结合决定了石墨烯增强聚合物复合材料的最终性能。纯粹石墨烯与有机聚合物相容性不好，不会形成均匀的复合材料。与此相反，石墨烯氧化物是含羟基，环氧，二元醇，酮和羧基官能团等可以显著改变界面范德华力从而使其与有机聚合物有较好的相容性的被严重氧化的石墨烯。另

7、外也有一些的羰基和羧基在氧化石墨烯薄片的边缘，这使得它们具有强亲水性，进而能够随时膨胀和分散在水中。出于这个原因， 作为纳米聚合物纳米复合材料的填料，氧化石墨烯被予以密切关注。但是，氧化石墨烯只能分散在与大多数有机聚合物是不相容的水介质中。此外，不同于石墨烯，氧化石墨烯电绝缘，这使得它不适合于合成导电纳米复合材料。对石墨表面改性是获得少量石墨烯在聚合物基体中达到分子水平分散的不可或缺的一步。由此产生的纳米复合材料的导电性可通过利用GO的化学还原法使其大致恢复SP2杂化轨道的石墨状的网络结构而的得到提高。2石墨烯2.1石墨烯的发现石墨烯是包括石墨、碳纳米管、富勒烯（如图一）等碳同素异形体的一个基

8、本单元。它是由剥夺了氢原子的苯环构成。石墨烯沿着一个给定方向滚动就会产生碳纳米管，零维的富勒烯也可以由石墨烯卷起而得到。在1940年，建立了石墨烯是构成石墨的基体的理论。2004年，Geim和同事在曼彻斯特大学成功地通过一个简单的桌面实验制备出了曾被认为是热力学不稳定，是不可能在自然条件下稳定存在的单层石墨烯和其他的二维单层晶体。石墨烯具有前景的力、电、光、热以及磁性能引发了以基础科学研究为目的新的令人振奋的实验的创造。2.2石墨烯的合成以及结构特点石墨烯可由四种不同方法制备。第一种是化学气相沉积（CVD）和外延生长，如乙烯在镍表面的分解。第二种是石墨微机械剥离，也称为胶带或剥离方法。第三种方

9、法是在电绝缘表面外延生长，如碳化硅。第四种是溶液还原石墨的氧化物。石墨烯是在蜂窝状晶格内紧密堆积的单层碳原子层。石墨烯中（Sp2杂化）碳碳键长大约为0.142nm。根据不同研究组的数据，与SiO2基板比较，石墨烯的厚度在0.35-1纳米之间变化。Novoselov等人测量出石墨烯板的厚度为1-1.6nm。2.3石墨烯的表面改性由于作为分散相石墨材料在聚合物基体具有明显团聚的倾向，纯粹的石墨烯材料不适合诸如聚合物链的大分子的插入。在化学修饰后再加以氧化可能会促进石墨的分散和稳定，防止团聚。石墨烯附着的官能团可以小分子或聚合物链。因为石墨烯的化学修饰可以提高溶解度和加工性能，以及加强其与有机聚合物

10、的相互作用，它是一种特别引人注目的目标。作为石墨烯的化学修饰发法，在胺化、酯化、异氰酸酯改性以及聚合物包覆已经进行了相当多的研究。用离子液体对石墨烯的电化学改性也已经有所报道。制备有机改性的石墨烯的一般方法如下。2.3.1石墨烯的化学改性这种方法基于改进后的Hummers方法。首先，石墨氧化物一般用天然石墨制备。在氧化后，已得到获得可溶性石墨一些化学方法。这些方法包括：在稳定介质中氧化石墨的还原，羧基酰胺化的共价改性，还原石墨烯氧化物的非共价改性，环氧基得亲核取代，以及重氮盐的耦合。Park等人报道了一个简单制备具有良好的导电性化学改性石墨烯均匀水悬浮液的方法。在此方法中，加入KOH水溶液后石

11、墨烯氧化物的前躯体首先分散于水中。据Park说，氢氧化钾，一种强碱，通过与氧化石墨烯薄片上的活性的羟基、环氧基、羧基反应赋予氧化石墨烯大量的负电荷，导致氧化石墨烯薄片广泛包覆上负电荷与钾离子。在氢氧化钾处理氧化石墨烯后加入水合肼会产生hKMG的均匀悬浮液，至少4个月内可保持的稳定。最近，李等人通过石墨的静电稳定制备稳定的水性胶体石墨烯。这一发现不需要高分子稳定剂或表面活性剂稳定剂大量生产水分散石墨烯的简单方法的发展成为可能。对于改性石墨烯/氧化石墨烯的制备，大多数研究集中于共价改性技术。为了达到共价修饰的目的，人们利用不同的有机胺，烷基锂试剂，异氰酸酯，以及二异氰酸酯化合物。这些表面改性剂减少

12、石墨烯氧化物的亲水性，并分别与羧基、羟基形成酰胺和氨基甲酸酯。Niyogi等人报道了石墨烯氧化物的羧基和十八胺（ODA）基团之间酰胺偶联反应。在N,N-二甲基甲酰胺回流条件下，亚硫酰氯用以激活COOH。ODA改性的氧化石墨在四氢呋喃中有0.5mg/ml的溶解度，在CCl4和1,2-二氯乙烷也有一定溶解性。氟化石墨与烷基锂试剂的反应用于制备水溶性的石墨烯。真空干燥氟化石墨和四甲基乙烯二胺溶解于0冰浴的正己烷中。然后适量滴加烷基锂试剂并搅拌三天用以制备改性的石墨烯。红外光谱研究证实了烷基链与石墨烯发生了共价结合。徐等人通过GO表面与一个卟啉环的共价结合以修饰石墨烯表面。在溶解卟啉的DMF溶剂中，亚

13、硫酰氯用以激活羧基。图4展示了通过卟啉环在氧化石墨表面的共价结合实现石墨烯改性的示意图。分散于在无水DMF的GO的分散系中加入有机试剂异氰酸酯，并且使之与GO在特定时间内反应。反应后用加入二氯甲烷萃取并且将得到的改性石墨烯洗涤干燥。异氰酸酯化合物分别过氨基甲酸酯和酰胺功能化的形成附着于GO的羟基和羧基上。图5展示的是氨基甲酸酯和酰胺功能化的形成的示意图。异氰酸酯改性石墨氧化物容易在如二甲基甲酰胺，N -甲基吡咯烷酮（NMP）的，二甲基硫化物，（DMSO）和六甲基磷酰胺（HMPA），等所有极性非质子溶剂中形成一个稳定胶体分散体系。最近有用二异氰酸酯改性GO的报道。其改性方法与异氰酸酯改性方法类似

14、。但是却需要外加一步。用而异氰酸酯处理后的氧化石墨烯在80下用水合肼还原48小时。通过二异氰酸酯与氧化石墨烯蹭两面的羟基、羧基反应，氧化石墨烯的基本结构发生交联形成多空层状结构。23.1.3 还原石墨烯氧化物的非共价改性用水合肼还原经剥离的氧化石墨烯纳米片层的稳定的水分散体系，这种还原导致了团聚的发生。沉淀的材料即使在诸如SDS，Triton X-100等表面活性剂存在下长时间超声处理也不能够分散。为了克服这个问题，在聚合物/聚合物阴离子的存在下进行还原，产生一个稳定的石墨烯的聚合物接枝分散系。用两亲聚合物（聚（钠4 -苯乙烯）（PSS）包覆还原后的氧化石墨烯来制备石墨纳米薄片的稳定的水分散系

15、。2008年，用7,7,8,8四氰基对醌二甲烷（TCNQ）作稳定剂，以膨胀的石墨为原料，制备出了石墨烯的水分散体系。这种方法可以提供一个有广泛应用的合成高性能的溶于水的、或者溶于有机溶剂的石墨烯简单路线。研究表明石墨烯薄片上吸附TCNQ负离子使其可以稳定存在于水中。用TCNQ的稳定石墨薄片可以重新分散在水、二甲基甲酰胺和二甲亚砜（DMSO）中。由于曾有报道称通过电子云的紧密堆积芘基化合物与石墨的基面具有很强的亲和力，Xu等人用水溶性芘衍生物如1-芘丁酸（PB）作为稳定剂，制备了水溶性的分散体系。为了达到此目的，用芘丁酸的碱性溶液与在80C下经水合肼还原24h后的氧化石墨烯的分散液反应。化学修饰

16、或还原后的氧化石墨在水中分散的都很好，并且显示出2 102Sm - 1的导电性。在磺化聚苯胺（SPANI）存在下还原剥离的氧化石墨的均匀水分散的体系。电导率测试证实了GO成功得到了还原。复合材料薄膜的电导率达到30Sm-1，这个值与文献中报道的还原的氧化石墨烯的值相似。 亲核取代脂肪胺修饰的氧化石墨烯由氧化石墨烯水分散液与胺反应制备。亲核取代的发生在GO的环氧基团。对于短链的伯胺，CnH2n+1NH2（n=2,4,8,12）在室温下即可实现接枝。两一方面，对于长链脂肪胺（18胺），反应混合物需加热回流24h。然而后者的氧化石墨烯的衍生物在有机溶剂中分散却更加容易。X射线衍射（XRD）结果表明所

17、用胺的碳链长度以及相对于氧化石墨烯层间的取向决定嵌入胺的氧化石墨烯的衍生物的层间距离。根据Bourlinos等人的研究，倾斜方向更可能取决于氧化石墨烯层的亲水性。-NH2端基的亲核进攻发生在氧化石墨烯的环氧基团上，表明氨基酸分子在氧化石墨烯夹层之间采取平行的取向。氧化石墨烯用肼还原并且用芳香重氮盐加以改性从而获得了包覆十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的石墨烯片层。在N，N -二甲基甲酰胺（DMF），N，N -二甲基乙酰胺（DMAc）和1 -甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中，最多可分散达1mg/ml的改性石墨烯，并只有极少量的氧化石墨烯发生沉降。低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）揭示了石墨烯个体片

18、层的存在及一些SDBS的涂层石墨烯的多层结构。热重分析表明CCG改性的氧化石墨烯的热稳定性要显著高于纯的氧化石墨烯的热稳定性，却低于SCCG改性的氧化石墨烯的热稳定性。从重量的损失可以计算出官能度大概为每55个碳原子有1个官能团。在芳基与基体碳原子的共价结合实现石墨烯外延的化学改性方面有所报道。芳基通过与共轭碳原子形成共价键，被用以实现石墨烯外延的化学改性，而改性的石墨烯在SiC晶片上增长。红外光谱证明了芳基的接枝。硝基苯改性石墨烯的外延在1565和1378波数处展示出了新的吸收峰，这些吸收峰分别对应的是NO2的对称伸缩振动和非对称伸缩振动峰。2.3.2 石墨烯的电化学改性为了制备化学改性石墨

19、烯（CMG）的胶体悬浮液，要对石墨进行电化学处理。图 6展示了一个实验装置的示意图。商业用石墨电极作为沉浸在相分离混合水和咪唑基离子液体阴极。电极两侧施加10 - 20V的恒电位，经过30分钟的电化学反应，来源于阳极石墨的离子改性的石墨烯片（GNPIL）层出现沉淀。干燥的GNPIL在DMF中超声分散可以得到均匀的分散体系（1mgml-1）。从透射电镜（TEM）、原子力学显微镜（AFM）的图像分析表明，GNPIL的平均长度和宽度分别为700nm和500nm，而其厚度只有1.1nm。2.3.3 -相互作用最近，刘等人报道了关于石墨烯轨道和聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）的轨道之间相互作用

20、（-相互作用）的石墨烯改性技术。在此方法中加入石墨稀水溶液后把芘终止的PNIPAAm溶解于水中。在冰水浴中将该的混合物超声分散得到了石墨烯的水分散体系。表2列出了关于氧化石墨表面改性的全面的资料。表中总结了改性的方法、不同的改性剂，以及改性石墨烯的分散介质。聚合物纳米复合材料是包括石墨烯在内的碳纳米填料的最重要的应用之一。聚合物纳米复合材料是一种多相的固体材料，在不同的聚合物母体中可能存在某一相在一维、二维或者三维小于100nm。纳米复合材料适于作为高性能的纳米材料得到应用。在纳米复合材料填料好分散性可以实现，并且纳米填料的性质与母体可以存在明显不同或者比母体的性质更为优异。石墨烯具有特别优异

21、的力学，热学和电学性能，非常适合在聚合物基体中作为纳米填料用以开发高性能的纳米复合材料。基于改性石墨烯薄片（FGS）的聚偏四氟乙烯（PVDF）是由氧化石墨烯和EG通过溶液处理和压缩成型而制备的。X射线衍射和DSC结果表明，在结晶行为和Tg无明显变化。然而，聚偏氟乙烯/ FGS的复合材料的热稳定性高于聚偏氟乙烯/乙二醇复合材料的热稳定性。两种复合材料的力学性能都有于纯PVDF的力学性能。纯的的聚偏氟乙烯在室温下（25C）储能模量为1275Mpa，然而加入2%的FGS或者EG其储能模量分别可增加到1859和1739 MPa时。当填料的载入量为4%时，相应的储能模量分别增加至2460和2695Mpa

22、。从DMA结果可以证明，纳米填料的增强效应也有助于提高纳米复合材料的玻璃化转变温度。考察了在FGS与EG的添加量分别为2%与5%时，聚偏氟乙烯/ FGS和聚偏氟乙烯/EG复合材料的导电渗流阈值。与EG相比，具有高的长宽比的FGS有助于聚偏四氟乙烯形成更好的导电网络，进而拥有更低的渗透阈值。考察了在20-170范围内温度对聚偏氟乙烯/EG纳米复合材料的导电性的影响。该纳米复合材料的电阻率随温度的逐渐升高，当温度接近聚合物的熔点时，复合材料的电阻率急剧上升。这是因为在熔融温度时，填料颗粒之间的距离的增加，导致了电阻的急剧增加。据称由于在高的负载量的EG时，该纳米复合材料的电阻率可有三个数量级的变化

23、，故这个材料可作为正温度系数（PTC）材料使用。3.2.8 聚（3,4-乙基二氧噻吩）（PEDOT）/石墨烯纳米复合材料用原位聚合制备了聚（3,4-乙基二氧噻吩）（PEDOT）/磺化石墨烯复合材料。该新型复合材料具有优良的透明性，导电性和良好的柔韧性，以及较高的热稳定性，并且在水和有机溶剂中都容易进行处理。33，58，76，103纳米厚度的PEDOT/石墨烯薄膜在550nm波长的光下的光透过率分别达到96，76，51和36。该在石英和PMMA基材沉寂的复合材料薄膜的导电率分别为7和10.8 Sm -1，而与薄膜厚度无关。该材料坚硬，有弹性，变形后可以保留其原有的导电性。这表明该复合材料可作为透

24、明导电材料适用于许多应用领域。由于提高了热稳定性，PEDOT /石墨复合材料具有的潜在应用前景。复合材料在297下只有很少量的质量损失，而在325下大约有19%的质量损失。此外，PEDOT/石墨复合材料具有比PEDOT/ PSS的复合材料的更好的热稳定性。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的/石墨纳米复合材料是采用熔融复合制备的。透射电镜分析形貌表明石墨烯的网络结构是由很多单层石墨烯薄片组成的。这些褶皱、重叠的石墨烯薄片可以有效连接单独的石墨烯薄片，并且可以传导高的密度电流，从而导致材料具有高的导电性。图22表明了当石墨烯体积含量从0.47到1.2%的轻微上升，导致PET /石墨复合材料的导电性迅

25、速从2.01013Sm1增加到7.4102Sm1。另一方面，添加石墨的复合材料的渗流阈值可达到体积分数的2.4%。 聚碳酸酯/石墨烯复合材料用熔融复合法制备石墨增强和改性石墨烯（FGS）增强的聚碳酸酯（PC）复合材料。XRD和TEM表征结果表明在PC/FGS复合材料中改性石墨烯薄片发生高度剥离。熔体流变学方法检测的该PC复合材料的粘弹性特性。在退火10000S后，FGS的添加量的质量分数介于1.0-1.5之间时，PC / FGS的复合材料展现出刚性渗流以上的固体状的响应。相比之下，加入石墨的质量分数为3%-5%时才可达到相同的渗流。受先前处理的影响，FGS.质量分数为0.5%的复合材料也展现出

26、在固体与液体行为之间的可逆转变。电导率测试结果表明，与石墨填料相比，改性石墨烯在更少的添加量即可达到相同的电导率渗流值。从文献报道的数据中可以看出，与纯的PC相比,PC/FGS具有更高的拉伸模量。此外，复合材料的热膨胀系数大幅下降也与FGS的加入有关。在35下分别测试了N2和He在FG增强PC和石墨增强PC薄膜的透过性。两种填料均可以阻止N2和He的透过。但是，FGS复合材料的气体透过率要比石墨复合材料的气体透过率略低一些。这是由于通过嵌入具有高长宽比的，分散性好的粒子可以降低通过膜得气体扩散分子的渗透速率。这些粒子可以提供弯路，并减少可渗透的面积。4.结论石墨烯是由碳原子的Sp2键紧密在蜂窝

27、状晶格堆积形成的单层平面碳原子的二维碳纳米填料。石墨烯具有很高的力学，热性能和电性能适合于用作热导、电导增强纳米复合材料，电子电路，传感器，显示器、太阳能电池的透明、弹性电极。由于高的比表面积、长宽比，TS，热导系数和电导系数，在聚合物基质中，石墨烯作为纳米填料要比其他常规填料（Na-MMT,LDH, CNT,CNF,EG,等)）更为优越。由于这些原因，在传统填料中，石墨烯被认为是最佳的碳纳米填料。然而，由于石墨烯与有机聚合物相容性不好，并且不能形成均匀的复合材料，而导致性能下降。为了提高性能石墨烯在聚合物基质和石墨烯与聚合物相互作用的影响需要加以改进，这种改进可由石墨表面改性实现。不同的研究

28、组采用不同的石墨烯的有机改性剂，应用一系列的技术对石墨烯的表面予以改性。在这些报道的技术中，石墨烯表面上的有机分子的亲核加成是达到批量生产表面改性石墨烯的最好的方式。这种方法在很多方面是非常有优势的。例如，水可以作为溶剂，用较低的成本胺类化合物可作为表面改性剂，反应可在空气中进行，表面改性石墨烯可以容易分散在不同的有机介质中。表面改性石墨烯在溶剂中的分散性有利于石墨烯基聚合物纳米复合材料。本片综述讨论了一些由石墨烯填充的不同聚合物基纳米复合材料的制备、表征以及性质。聚合物/石墨烯纳米复合材料的大部分性质要优于聚合物母体及其他碳填料（CNT, CNF, 和石墨）的复合材料的性质。在石墨烯含量（质

29、量分数2%）非常低的时即可得到性质得到提高的纳米复合材料。在特定的情况下，为了获得目标特性更高的石墨烯添加量（质量分数约15%）是十分必要的，这个量与其他的常规填料添加量相近。一些聚合物/石墨纳米复合材料下的提高的特性如下：（a） 与聚合物母体或常规石墨基聚合物复合材料相比，石墨烯基聚合物复合材料展示出优越的力学性能。图3清楚表明了不同聚合物母体的研究的力学性能的数量。与熔融混合法制备的纳米复合材料相比，溶液混合法制备的纳米复合材料的机械性能具有显著地提高。加入石墨烯是材料的的力学性能（储能模量）增加超过100%，而对于加入EG的材料，该值的增加量提高小于42%。这是由于石墨烯填料具有高的长宽

30、比。（b） 石墨烯的非常高的热稳定性使其成为设计高稳定性纳米复合材料的最引人注目的纳米填料。与纯的聚合物相比，添加石墨烯的聚合物纳米复合材料展现出优越的热稳定性。在一些情况下，热稳定相可以提高100。GO添加的环氧树脂的导热系数比纯的环氧树脂提高四倍。（c） 石墨烯基聚合物纳米复合材料表现出的导电率增加数倍。在电导率明显改善是由于石墨烯片层在聚合物基体形成了导电网络。对表4数据进一步观察表明由于聚合物基质、处理方法、填料类型不同，材料的导电性有明显的改变。上述参数之间的相关性与从属性很难测定。然而，与其他的碳填料相比，加入很少量的石墨烯会使不同的聚合物基质得到最高或较高的电导率。这种对发表的数

31、据的全面研究可以提供关于聚合物纳米复合材料导电性的当前状态的一个视角，以及未来的研究方向。（d） 添加石墨烯的纳米复合材料的力学性质、热稳定性、导电性的提高不仅取决于石墨烯的性质，而且取决于聚合物基质的本体特性。结果是，这些性质的提高程度随着纳米复合材料的不同而不同。对于这些性能的提高，处理方法也表现出了重要的作用。（e） 石墨烯在聚合物基质中均匀分散的纳米复合材料也展现出了良好的气阻性能。加入改性的石墨烯使N2和He的渗透速率成倍降低是由于石墨烯在纳米复合材料中的存在形成了“弯路”。（f） 该聚苯胺（PANI）/石墨纳米复合材料的电化学稳定性比纯聚苯胺或聚苯胺/氧化铟锡复合电极的电化学稳定性

32、要高。（g） 石墨烯基聚合物纳米复合材料具有良好的电磁屏蔽效率。添加质量分数15%的石墨烯的环氧树脂复合材料的电磁屏蔽效率为21分贝。这个值比商业应用的目标值（20分贝）要高。关于导电聚合物/石墨烯纳米复合材料的综述强调了这些材料接下来几年在诸如用以血液和尿液分析的超小型化的低成本传感器等生物医学方面的潜在应用。导电聚合物/石墨烯复合材料也可作为一些电致变色器件的电极材料。聚合物/石墨烯弹性电极可以在发光二极管、太阳能电池的透明电极领域有商业应用。聚合物/石墨烯复合材料的其他商业应用有：重量轻汽油罐、塑料容器，更省油的飞机和汽车零部件，更强的风力涡轮机，医疗植入物和运动器材。石墨烯作为纳米填料的发现开辟了具有广泛应用的轻质、低成本、高性能复合材料的生产的新维度。海姆和诺沃肖洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效应使薄片在显微镜下呈现彩色条纹，就像油膜在水面上产生的效果。利用这种效应，他们观察到了单层石墨烯。就这样，第一种二维晶体材料正式出现了。之后，人们又制备出一些其他二维材料，例如氮化硼和二硫化钼的二维晶体。石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的