近些年来,随着机械、电子工业生产技术的逐渐发展,各种设备和仪器对材料的性能要求逐渐提高,对材料性能的多样性要求也逐渐提高。既要求使用材料的某单一特性卓越,又要求使用材料具有多种优越的性能。而传统的材料显然已经不能适应当今状况下现代工业对材料的各种要求了,因此各种类型的复合材料研究逐渐火热起来。
复合材料是指对两种或者多于两种不同性质的材料通过使用化学或者物理方法制备出来的材料。一般来说,与组成复合材料的各种原材料相比,制备出来的复合材料的各种性能都要优异许多。这是由于材料之间互相取长补短,产生了协同效应的原因。复合材料的构成可以分为两大类。其中一类是基体材料,顾名思义,这种材料是作为基体存在的,在复合材料的整体构成中占了较大的百分比,而复合材料最终表现出来的形态也与基体材料原本的形态较为相似。而另一类材料被称为增强材料,增强材料的作用则是作为一种特殊的添加成分加入到基体材料中去,由于增强材料的性能一般在某一或者多种方面相比基体材料来说较为优异,通过二者的互相结合,最终制备出来的复合材料的整体性能将会大幅提高,能够满足随着科技不断发展而对材料性能不断提高的要求。
石墨烯的理论比表面积计算值为2630 m2/g、热导率系数极高、阻尼性容量大、自润滑性良好以及具有分子量子隧道效应[5],这些优异的性质使石墨烯快速成为了材料学方面的研究热点与重点。随着石墨烯复合材料研究的不断进行,可以将石墨烯复合材料大致分为两类,一类是石墨烯/金属复合材料,另一类是石墨烯/聚合物复合材料。
1。1石墨烯/金属复合材料
石墨烯/金属复合材料就是将石墨烯和金属材料添加到一起,相互复合,从而制备出具有更加优异性能的新材料。其中依据基体的不同主要可以分为两种。第一种是在石墨烯上添加金属纳米颗粒,可以增加纳米颗粒的活性而且能够加强其分散性。这类材料可以称为石墨烯负载金属纳米颗粒复合材料,在催化剂、光谱学、传感仪器等方面具有广阔的前景。第二种则是将金属材料作为基体,把石墨烯添加到金属材料中,可以大幅度地提高基体材料的热学、力学、电学性能,则将这种类型的新材料命名为石墨烯增强金属基复合材料。
Jagannadham等人制备出石墨烯/Cu复合膜并研究了添加石墨烯的比例与电阻率之间存在的关系[6]。杨帅等制备出石墨烯/Cu复合材料,发现其压缩屈服强度均在450 Mpa以上,高于同等条件(5%体积分数)下制备出来压缩屈服强度为370 Mpa的碳纳米管增强Cu基复合材料,且明显高于纯铜的压缩屈服强度(150 Mpa)[7]。这说明与碳纳米管的增强效果相比较而言,石墨烯的增强效果更加优秀,是更为理想的复合材料增强体。
Latief等人制备出了以金属铝作为基体的石墨烯/铝复合材料,并且对其的力学性能进行了分析,发现加入石墨烯后制备出来的石墨烯/Al复合材料的强度和维氏硬度(Vickers hardness)有很明显的增长[8]。燕绍九等发现通过添加0。3%质量分数的石墨烯后,制备出来的石墨烯/Al复合材料的屈服强度由初始的204 Mpa提高了58 %,达到了322Mpa。同时石墨烯/Al复合材料的抗拉强度从初始的364 Mpa提高了25 %,达到了454 Mpa[9]。另外,与使用碳纳米管作为增强体制备出的碳纳米管/Al复合材料的可塑性能将会明显下降不同的是,石墨烯/Al复合材料的伸长率并没有呈现下降趋势,反而略微有所提高,从11。03 %提高到了11。80 %。既使基体保持了良好的塑性,又使基体的强度得到了提高。