氧化石墨烯和石墨烯的介紹

如今科研界的新興(xing) 寵兒(er) —石墨烯（Graphene，簡稱GR），它的大特性就是其電子的運動速度遠遠超過了電子在一般導體(ti) 中的運動速度，因此其電阻率很小，電阻很小，導電很好。所以我們(men) 可以用石墨烯充當導電填料，但需要對其進行修飾，以便使得填料量可以大一些，同時介電損耗不至於(yu) 太大。而且不經修飾的石墨烯，其親(qin) 水性及在有機溶劑中的分散性也較差。氧化石墨烯（graphene oxide，簡記為(wei) GO）是石墨烯的一種衍生物[65-75]，作為(wei) 一種的碳納米材料，不僅(jin) 繼承了石墨烯的優(you) 點，自身還攜帶了諸如C=O，C-OH，-COOH等許多豐(feng) 富的含氧官能團，形成的基本原理是：石墨粉與(yu) 強氧化劑反應後，氧原子與(yu) 石墨層間的π電子結合，導致層麵內(nei) 的π鍵斷裂，並以豐(feng) 富的含氧官能團與(yu) 碳原子結合，形成共價(jia) 鍵型的石墨層間化合物。氧化石墨烯的理想結構組成為(wei) C4OOH，其中C、H、O元素的含量隨氧化程度的變化而變化，如圖4.1所示是典型的氧化石墨烯結構。氧化石墨烯由不同尺寸的未被氧化的芳香―島‖組成，而這些―島‖則被含有羥基、環氧基團和雙鍵的六元脂環所分開，芳香環、雙鍵和環氧基團使得碳原子點陣格式近乎處於(yu) 同一平麵，隻有連接到羥基基團的碳原子有較輕微的扭曲現象，導致一些層麵發生卷翹，含氧官能團都處於(yu) 碳原子點陣格子的上下，也形成了不同密度的氧原子分布。

由於(yu) 含氧官能團的加入，也賦予氧化石墨烯一些新特性，如親(qin) 水性、在有機溶劑中的分

散穩定性、與(yu) 聚合物基體(ti) 有好的相容性等，研究者們(men) 還總結出以下特性：

（1）氧化還原性

氧化石墨烯既可以與(yu) 氧化劑發生氧化發應，又可以與(yu) 還原劑發生還原反應，具有一定的

氧化還原性。氧化石墨烯進一步發生氧化反應後，其六方形骨架結構上的碳原子都會(hui) 被

氧化成羧基，形成苯六酸。氧化石墨烯的還原就是利用還原劑去除豐(feng) 富的含氧基團以及對苯環結構進行修複，目前化學還原法是宏量製備材料有效的方法，常用的還原劑有水合肼

(N2H4·H2O)、純阱、對苯二酚、硼氫化na(NaBH4)、醇類溶液、強堿和氫dian酸等。有學者研究了氧化石墨烯的化學還原法，發現氧化石墨烯經過化學反應後，會(hui) 產(chan) 生不飽和的、共軛的碳原子，使電導率顯著增加，具有和原始石墨相似的性質，且比表麵積高。但還原劑中有些試劑（如：阱）具有毒性或腐蝕性，對環境會(hui) 造成汙染，因此可以用一些溫和的還原劑（如：

抗壞血酸）和還原性的糖類（如：果糖）等替代。

（2）熱穩定性

氧化石墨烯屬於(yu) 一種熱不穩定的化合物，常溫狀態下也會(hui) 慢慢自動脫氧，脫氧的過程中，

氧化石墨烯的顏色會(hui) 逐漸由褐色轉變成黑色，而且它脫氧的速率會(hui) 隨著溫度的升高而加快，

因此要選擇合適的方法來幹燥氧化石墨烯，一般是冷凍幹燥或者在小於(yu) 等於(yu) 50°C的條件下幹燥。隨著溫度的升高，當溫度升高到150°C以上時，氧化石墨烯會(hui) 因受熱分解而放出CO、CO₂和O₂，溫度達到200°C時，可能會(hui) 造成爆炸性的分解，從(cong) 而形成膨脹石墨。

（3）離子交換性

氧化石墨烯中離子交換原理：氧化石墨烯中含有大量的含氧官能團，其中羧基中的氫可電離成H+，H+會(hui) 與(yu) 別的同性離子發生交換作用，氧化石墨烯的離子交換容量可達3~3.5mmol/g，比蒙脫土的離子交換容量(0.6~1.2mmol/g)高3~5倍。

由於(yu) 氧化石墨烯納米片的共軛網絡受到嚴(yan) 重的官能化，其仍具有絕緣的特質。隻有對其進行還原處理後才能提高其導電性，但對GO還原處理後得到的化學修飾過的石墨烯的導電性不如原始的石墨烯。故我們(men) 用化學修飾過的石墨烯充當填料。因為(wei) 氧化石墨烯屬於(yu) 一種熱不穩定的化合物，在常溫狀態下也會(hui) 慢慢的自動脫氧，而且它的脫氧速率還會(hui) 隨著溫度的升高而加快。所以本工作中，我們(men) 通過對GO溶液進行加熱，使其部分脫氧還原，然後與(yu) PVDF複合得到改性GO/PVDF的複合薄膜。