1。3本论文的研究思路

石墨烯的结构特殊，热学、力学、电学性能优越，十分适合与其它基体材料聚合而用来制备新型的复合材料。但是相对于石墨烯与金属材料复合形成新型复合材料而言，将石墨烯与高分子聚合物聚合形成复合材料在传热领域更有研究的价值。因为高分子聚合物材料的传热特性一般较差，如典型的环氧树脂材料，热导率系数一般只有0。2 W/m·K左右，而一般金属材料如导热性较差的铅也有35 W/m·K左右的热导率系数，而热导率系数良好的铜和铝则分别达到了401 W/m·K和237 W/m·K。因此，人们希望将热导率系数高达5300 W/m·K的石墨烯与热导率系数较低的高分子聚合物复合，以期得到传热特性良好的石墨烯/聚合物复合材料，用来满足现代工业对使用材料不断提高的各种要求。

除了单独使用石墨烯作为增强材料来与各种基体复合形成复合材料，用来获得性能经过改善后的新材料之外，石墨烯与碳纳米管一起使用会具有明显的协同效应，这是已经被证实的。本文要研究的是，除了碳纳米管和石墨烯一起使用具有协同效应之外，石墨烯与其他碳基使用是否也有协同效应存在。碳纤维也是一种具有优异性能的碳材料，它的强度是钢铁的三倍，但密度却是铝的二分之一，耐腐蚀、高弹性模量。碳纤维在许多方面都已经有了重要应用，尤其是航空制造领域和交通运输领域。既然碳纤维的性能如此优异，也广泛应用在了不同领域之中，那么碳钎维和石墨烯一起使用是否能和碳纳米管和石墨烯一起使用一样具有明显的协同效应，能够进一步增强复合材料的传热特性，这是本论文主要探讨的内容。

本论文的研究内容主要有以下几个方面：

1）设计石墨烯的制备方案

2）设计石墨烯碳基复合材料的制备方案

3）对石墨烯碳基复合材料的传热特性进行测量

4）对石墨烯碳基复合材料的传热特性进行分析并得出结论

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石墨烯的制备

2。1石墨烯的制备方法

对石墨烯的理论研究自从1960年就开始了，但在当时的条件下，人们经过理论和实验得到了一个错误的结论——单层石墨烯的稳定性不足以使它存在于自然条件下，只要温度稍有波动，则单层石墨烯的结构都会被破坏。而且石墨烯过于微小的尺寸，使它很难被发现。所以一直以来石墨烯都是被当成一种理论上才存在的结构而被人们研究。

但随着Novoselov等人应用机械剥离粘性胶带法首次将单原子层石墨烯制备出来[1]，错误的理论就已经被推翻了。而接下来的则是人们对石墨烯的制备方法不断改进和创新。如今，石墨烯的制备方法已经十分多样，但总的说来，可以分为两种类型，一种是“从上至下”的剥离方法，另一种是“从下到上”的生长方法。“从上至下”的剥离方法是指从各种碳材料中，一层一层的剥离碳源的层间结构，以此来获得石墨烯。“从下到上”的生长方法则是通过使用化学方法，在某一种稳定的材料上逐渐堆积、生长从而形成石墨烯结构。

“从上之下”的剥离方法主要包括机械剥离法[1]、氧化剥离后再还原法、液相剥离法、超声波剥离法等。机械剥离法，尤其是胶带剥离法，是效果最好的、得到的样品质量最优的方法，也是人们首次制备出石墨烯的方法。但是这种方法在一些特殊的地方需要使用人力操作，而且剥离的过程机械重复，不容易被工业化生产采用，是成本最高的一种方法。

氧化剥离还原法是先使用氧化剂作用在石墨上从而制备得到氧化石墨，再将氧化石墨使用强还原剂还原，从而得到还原过后的石墨烯。水合肼是比较常用的还原剂，除此之外还可以使用有机胺和氨水作为还原剂。制备出来的石墨烯以粉体或者分散液的形式存在。另外，氢氧化钠和硼氢化钠也可以作为还原剂还原氧化石墨。但具体而言，使用水合肼还原氧化石墨是目前使用最广泛最常见的石墨烯制备方法。因为在日常生活中，石墨的产量巨大，矿产资源丰富，氧化石墨烯的生产工艺也十分完善。通过使用还原剂还原氧化石墨得到的石墨烯产量充足，而且成本比较低，比较适合石墨烯的产业化生产。但是，这种氧化剥离还原法得到的石墨烯会有一些结构上的缺陷，并且还会含有一些其它原子，其热学、力学、电学性能都会有所下降。但正是因为这种方法得到的石墨烯含有一些杂原子，为对石墨烯进行化学手段改变性能提供了一定条件，对于扩宽石墨烯的应用范围和改进石墨烯的性能具有深远的意义。