目前石墨烯的各類合成技術(shù)都已經(jīng)成熟，關(guān)鍵是石墨烯材料難以在其他基體中分散，是制約其大規(guī)模應(yīng)用的難點。沒有大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯就沒有發(fā)展的動力。石墨烯為什么難以分散？如何使石墨烯與其他材料相容？

目前石墨烯的各類合成技術(shù)都已經(jīng)成熟，關(guān)鍵是石墨烯材料難以在其他基體中分散，是制約其大規(guī)模應(yīng)用的難點。沒有大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯就沒有發(fā)展的動力。石墨烯為什么難以分散？這是由于其特殊的結(jié)構(gòu)所決定的，具體原因如下：

1、片狀結(jié)構(gòu)

石墨烯為典型的片狀結(jié)構(gòu)，尤其是化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的石墨烯厚度又很薄，在復(fù)合過程中很容易造成片狀結(jié)構(gòu)的褶皺，嚴(yán)重的甚至變程團(tuán)狀，破壞了片狀結(jié)構(gòu)的特性，達(dá)不到應(yīng)有的改性效果。尤其是采用CVD方法生產(chǎn)的石墨烯薄膜，片狀結(jié)構(gòu)特性更強(qiáng)。

2、分子間力

單層石墨烯層間的范德華力很大，外來物質(zhì)和外來力很難打開，因此難以分散在聚合物中，要采用各種方法降低分子間的范德華力。主要方法為增加石墨烯層數(shù)，單層石墨烯的尺寸還不到1納米，比表面積太大了很容易聚集，一般尺寸般達(dá)到10層（5納米）以上后范德華力會減弱一些，外來物質(zhì)材可以打開，添加到復(fù)合材料中才可以分散。但是層數(shù)要達(dá)到10層以上，就已經(jīng)成為石墨烯片了，很多改性作用發(fā)揮不出來。

氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)的石墨烯因采用強(qiáng)氧化劑氧化，在石墨烯層之間產(chǎn)生了氧化基團(tuán)，降低了分子間力，與其他方法石墨烯相對而言其分散可能行性大大提高。

3、相容性問題

石墨烯材料分子結(jié)構(gòu)上官能團(tuán)成分很少，純凈石墨烯與聚合物的相容性不好。

通過前面的分析可以清晰的看出，目前制約石墨烯應(yīng)用的最大瓶頸為分散性，為例提高其在聚合物中的分散性，常采用如下方法：

01

混合添加

采用片狀/球狀材料復(fù)合混合利于分散，如石墨烯/硫酸鋇、石墨烯/玻璃微珠等。

02

表面處理

石墨烯為碳元素六元環(huán)構(gòu)成的穩(wěn)定化合物，呈現(xiàn)出化學(xué)惰性，但是氧化還原法石墨烯在片狀的邊緣引入了親水基團(tuán)，可以進(jìn)行表面功能化改性。

（1）表面接枝處理：

采用諸如異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)胺、重氮鹽等試劑可以實現(xiàn)石墨烯的表面功能化。對單層石墨烯進(jìn)行功能團(tuán)接枝改性，這樣可以大幅度降低分子間的范德華力，不僅讓單層分散變的很容易，還可以提高與聚合物之間的相容性，可以制成分散均勻的石墨烯聚合物復(fù)合材料。

例如石墨烯懸浮液與異氰酸酯在氮氣存在下反應(yīng)24小時，異氰酸酯可以與氧化還原反應(yīng)石墨烯片層的邊緣羥基或者羧基反應(yīng)，生成酰胺或者氨基甲酸酯。再如，將氧化石墨烯在丁胺和甲苯的存在下，三-氨丙基三乙氧基硅烷與石墨烯上的羥基反應(yīng)，可以生成硅氧鍵，進(jìn)行功能化改性的石墨烯可以分散在水、乙醇、DMF、DMSO、APTS中。

（2）表面等離子體處理：采用四氟化碳等離子體進(jìn)行處理。

（3）表面活性劑處理：如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS)、木質(zhì)素磺酸鈉（SLS）、聚乙烯醇（PVA）、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺等。

（4）表面硅烷偶聯(lián)劑處理：如用硅烷KH-560處理。

03

添加相容劑

添加馬來酸酐等功能官能團(tuán)介質(zhì)聚合物材料，可以有效提高與樹脂的相容性。具體舉例如下：

將苯基異氰酸酯功能化的石墨烯1%加入到PS中，然后用二甲肼進(jìn)行還原，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到0.1S/cm。

將石墨烯先制成母料，在PC中加入3%就可以達(dá)到滲逾值，電導(dǎo)率達(dá)到1.2×10-4S/cm。而直接加入石墨烯微片，滲逾值高達(dá)9%。

04

原位處理技術(shù)

（1）溶液包覆

對于采用溶液法合成的石墨烯，在合成過程中和最終產(chǎn)品都是溶液。可以采用原位聚合物的方法先將待包覆粉末加入反應(yīng)釜，在反應(yīng)過程中尺寸納米劑的石墨烯會在微米劑粉末上進(jìn)行反應(yīng)，最好包覆在粉末上面，并且不會團(tuán)聚。例如深圳本征方程石墨烯有限公司在容易聚合物中對金屬銅、鎳、氧化亞銅等您先包覆處理，包覆銅可以達(dá)到銀的導(dǎo)電效果，包覆氧化亞銅可以大大提高其抗菌效果。

（2）原位聚合物

在原位溶液法聚合物石墨烯的同時，將聚合物單體如PMMA、尼龍6等和引發(fā)劑一起加入，同時進(jìn)行聚合反應(yīng)。