石墨烯/聚合物功能化復合材料的研究進展

于 錦，徐 燕

（青島德通納米技術有限公司，山東 青島 266600）

石墨烯專欄

石墨烯/聚合物功能化復合材料的研究進展

于 錦，徐 燕

（青島德通納米技術有限公司，山東 青島 266600）

石墨烯是一種具有二維結構的納米碳材料，具有獨特的物理性能，如比表面積大、導電導熱性好、機械強度高等，因此在材料的輕質高強、導熱、導電、電磁屏蔽等領域均備受關注。本文主要側重介紹石墨烯/聚合物功能化復合材料的代表性研究成果，并對目前石墨烯復合材料的規模化應用進行評述，綜合分析石墨烯/聚合物復合材料存在的關鍵問題及未來發展趨勢。

石墨烯/聚合物；功能化復合材料；綜述；機械性能；導熱；電磁屏蔽

2004年，Geim與Novoselov等[1]首次制得sp2雜化碳原子密堆構造的二維單層碳原子新材料—石墨烯，該材料是目前世界上最薄最堅硬的材料之一，其表面積可達2630 m2/g[2]，同時擁有優異的電學性能(禁帶寬度約為 0 eV，載流子遷移率達 2×105cm2·(V·s)–1[3]、卓越的力學性能(楊氏模量為1100 GPa，斷裂強度為125 GPa)[4]以及良好的熱學性能(熱導率約為5000 W/(m·K)，熱膨脹系數極低)[5]。以上諸多特性使得石墨烯成為材料科學領域研究的熱點對象，通過與其他材料的復合可以賦予新材料更加優異的性能[6]。

復合材料以其結構可設計性好、輕質高強、成型工藝簡單、結構功能一體化等顯著特點，在航空航天、交通運輸、國防軍工、裝備制造等領域得到廣泛應用。將石墨烯與聚合物基體進行有效復合，制備結構功能一體化的復合材料，是發揮石墨烯優異特性、提升復合材料性能、實現大規模工業化應用的有效途徑[7-9]。目前，在石墨烯/聚合物復合材料的制備方法及物性研究方面已開展大量的研究工作，并取得一定進展。本文主要側重介紹石墨烯/聚合物在輕質高強、導熱、電磁屏蔽材料上的代表性研究成果，并對目前石墨烯復合材料的規模化應用進行評述，綜合分析石墨烯/聚合物復合材料存在的關鍵問題及未來發展趨勢。

1 石墨烯/聚合物復合材料的組成及制備方法

聚合物復合材料是以聚合物為基體，通過加入增強性粒子狀材料或纖維材料而成的一種復合材料，多通過在聚乙烯、聚丙烯及尼龍等樹脂中加入滑石、碳酸鈣、炭黑、碳纖維等增強材料來提高復合材料的剛性、強度、耐磨性或導電性等。而石墨烯利用二維片材優良的特性，通過與其他聚合物材料的結合賦予復合材料新的優異性能，因此石墨烯/聚合物復合材料的研究成為很重要的研究課題。

目前，石墨烯/聚合物復合材料通常由溶液法、原位法和熔融共混法等途徑制備。石墨烯具有獨特的二維片層結構，如何將石墨烯進行定向的排列與高效的堆砌是獲得復合材料各性能顯著改善的有效途徑[10]。通過表1制備方法的優缺點對比可以發現，單一利用某一種制備方法制備的復合材料在性能或生產上均具有一定的局限性。因此，為了進一步改善石墨烯的分散性和復合材料的成型工藝性能，可采用原位聚合法或溶液共混法制備石墨烯預先填充的聚合物母料[11-12]，結合傳統熔融共混法制備石墨烯分散均勻的聚合物基復合材料，這為石墨烯/聚合物復合材料的工業化生產提供了新思路。以上石墨烯/聚合物復合材料的制備技術大多追求石墨烯粉體在基體中的均勻分散，從而發揮石墨烯的優異特性，以獲得顯著增強的復合材料力學和電熱性能。

表1 石墨烯/聚合物復合材料的制備工藝對比Tab.1 Preparation technology comparison of graphene/polymer composites

2 石墨烯/聚合物復合材料的應用

2.1 輕質高強材料

輕質高強的結構材料是很多工業領域所追求的，尤其是在航空航天和交通運輸領域。輕量化以后，質量每降低10%，燃料效率可以提高6%～8%，汽車質量每減輕100 kg，百公里油耗能降低0.3～0.6 L，二氧化碳排放可以降低5～8 g。在交通運輸領域，汽車輕量化已然成為汽車發展的新潮，但通過汽車結構優化減重的空間已經很小，而逐步采用輕質高強材料正成為當前實現車身輕量化的主要途徑[7]。美國麻省理工學院的材料科學家們將二維石墨烯熔融和壓縮做成了三維材料，從而得到超強超輕的材料，強度比低碳鋼強10倍，但密度只有后者的5%。同時發現將其他材料使用類似的幾何結構也可以制造出類似強而輕的材料。據報道，英國BAC汽車在曼切斯特展示的一款車身采用石墨烯材料制成的Mono Graphene概念車，稱石墨烯材料的應用使得車身質量減少20%，強度卻是傳統鋼材的200倍，汽車整備質量減少，抗扭剛度卻增加，比起傳統的碳纖維增強，石墨烯增強的車身結構質量輕，而且強度大。雖然此款車目前仍屬于概念車，還未大量地生產及投入市場，但以實例證明了石墨烯在輕質高強領域的潛力及優勢。目前，基于石墨烯/聚合物的復合材料已形成部分成熟的商業化產品，包括網球拍、自行車、滑雪板等高端體育用品[17]，石墨烯/聚合物復合材料產品數量仍在不斷增加，其他類型的規模應用也在持續研究中。

研究者針對聚合物力學性能的研究發現，石墨烯對復合材料的力學增強效果并不非常突出，相比于傳統連續纖維的增強效果仍有顯著的差距。究其原因，石墨烯多以粉體[18-20]摻雜為主，石墨烯在基體內部大多以納米尺寸的粉末形式存在，基于目前的主流制備方法仍無法實現石墨烯內部高效長程的應力傳遞。另一方面，石墨烯的大徑厚比使其易于在聚合物體內蜷曲形成褶皺結構，使得石墨烯優異的力學性能無法發揮，顯著降低了聚合物復合材料的力學增強效果[21-22]。但有研究發現，石墨烯的蜷曲狀態結構對于復合材料的沖擊韌性有顯著的提高[23-26]。如何將石墨烯的片層定向排列，是發揮石墨烯二維片層狀結構的高比表面積、高強度和高模量的有效途徑，同時進一步結合復合材料傳統制備工藝進行量產，是發展高性能石墨烯/聚合物復合材料迫切需要解決的問題。

2.2 導熱材料

隨著電子工業的快速發展，對大規模芯片組和LED等電子元器件的高散熱/導熱性能要求越來越高。導熱聚合物復合材料因具有質輕、流動性好、可加工性、低成本的優勢，越來越多被應用在電子設備、太陽能能源設備、LED及汽車等方面的熱管理系統，逐漸取代傳統的金屬導熱材料的使用。

純聚酰胺6(PA6)的熱導率為0.338 W/(m·K)，當填充質量分數 50%的氧化鋁時，復合材料的熱導率為純PA6的1.57倍[27]；當添加質量分數25%的改性氧化鋅時，復合材料的熱導率比純PA6提高了3倍[28]；而當添加質量分數20%的石墨烯納米片時，復合材料的熱導率達到 4.11 W/(m·K)，比純 PA6提高了15倍以上[29]，這展示了石墨烯在熱管理領域的巨大應用潛力。

近年來，將石墨烯與其他傳統導熱填料（如碳納米管、氧化鋁、石墨、碳纖維等）進行混雜、復配，利用較高的徑厚比和長徑比的片層狀和纖維狀填料、不規則顆粒、類球形和球形填料復配使用更有利于在基體中相互搭接形成有效導熱通路從而顯著改善熱導率及力學性能，相關工作已取得一定的進展。Li等[30]將 Al2O3、Mg(OH)2鱗狀石墨復配并作為導熱填料填充到尼龍基體中，同時研究了復合材料加入短切碳纖維時的導熱性能。研究表明，不添加纖維時，復合材料的熱導率為1.95 W/(m·K)。當碳纖維體積分數為 5%，復合材料熱導率達 2.1 W/(m·K)，碳纖維的加入提高了復合材料的導熱性能。Noh等[31]通過粉末共混法制備了導熱復合材料，發現瀝青基碳纖維和石墨烯微片混合使用的協同效應對熱導率的提高具有顯著效果。通過比較發現，瀝青基碳纖維和石墨烯微片分別填充體積分數為5%和15%時的復合材料比單一填充體積分數20%瀝青基碳纖維的復合材料體積熱導率和面熱導率分別高82%和183%，而比單一填充體積分數20%的石墨烯微片的復合材料分別高65%和74%。與球粒狀填料（金屬離子、金屬氮化物[32]、金屬氧化物[33-37]等）的搭接主要靠提高填料比例，使其互相接觸；而片狀填料（六方氮化硼[38-39]、片狀 A12O3[40]及鱗片石墨[41-42]、石墨烯等）由于擁有較高的徑厚比，有效搭接面積較大，有利于熱量的傳導；纖維狀填料（碳納米管[43]、碳纖維[44]等）由于具有極高的長徑比，使其更容易搭接從而實現導熱作用。

值得注意的是，為了滿足高性能散熱墊和熱界面材料的工業需求，需要綜合考慮材料的表面硬度、強度、粗糙度、耐溫性、加工性等一系列指標。

從市場來看（圖1為導熱塑料國內外廠家及導熱參數。表2為國外主要導熱塑料及應用），導熱塑料方面國外仍具有較大的技術優勢，Sabic、DSM、Cool Polymers、Laticonther、Albis等公司在PP、PA、ABS、PC、PBT、PPS、LCP等常規導熱系數在5～20 W/(m·K)，主要偏向散熱器、基板、散熱外殼、板插件、部件等方面應用的導熱工程塑料已具有絕對的優勢。國內的銀禧科技、中韓碳素、深圳卓優、上海合復、東莞兆科、佛山寶利瑪等公司均有導熱塑料的開發與銷售，市面上常見產品有導熱塑料、導熱橡膠、導熱硅膠、導熱涂料、導熱硅脂及灌封膠等。而性能不穩定及價格昂貴仍是導致導熱塑料難以廣泛應用的主要問題。

圖1 導熱塑料國內外廠家及導熱參數Fig.1 Thermal conductivity parameters of thermal conductivity in domestic and foreign manufacturers

表2 國外主要導熱塑料及應用Tab.2 Main thermal conductive plastics and its applications on abroad

2.3 電磁屏蔽材料

隨著科學技術和電子信息工業的迅速發展，各種電子電器設備已經遍及人們生活和工作的各個領域，這些設備給人們生活帶來便利的同時，也帶來一系列電磁輻射危害。

填充復合型屏蔽材料具有一次加工成型、便于批量生產、有利于降低成本、提高可靠性、應用廣泛等優勢，是繼表層導電型屏蔽材料（屏蔽涂料）之后推向市場的新型材料，也是當前的一個發展方向。填充型復合屏蔽塑料是由導電填料和合成樹脂通過混煉造粒，并采用注射成型、擠壓成型或壓塑成型等方法制得。為了達到一定的電磁屏蔽效果，選擇復合材料的組分時，一般優先考慮具有良好的介電常數、電導率和磁導率的材料，例如金屬粒子、纖維、導電聚合物和碳材料等。

近年來，碳材料在電磁屏蔽方面的研發力度增大，例如球狀炭黑[45-48]、纖維狀碳纖維[49-50]和碳納米管[51-52]、片狀石墨[53-54]和石墨烯[55]等。Bellis等[56]研究了不同碳填料填充聚合物在8.2～18 GHz頻段內的電磁屏蔽性能，發現在整個頻段變化內填充石墨烯材料的電磁屏蔽性能比碳納米管的材料要高，且更易加工。

袁冰清等[57]對聚苯胺/石墨烯復合材料的屏蔽機制分析認為，其電磁屏蔽性能主要以電磁波吸收為主，占總屏蔽效能的 66%～81%（圖 3為石墨烯/聚苯胺不同頻率點吸收與反射比例對比），而金屬主要通過反射屏蔽電磁干擾[58]。將金屬材料的機械性能好、電磁屏蔽效能高與碳材料在屏蔽效能寬、重量、耐腐蝕性和加工方面的優勢結合。將多種屏蔽填料進行組合的填充效果優于單一填料，He等[59]制備的大片層石墨烯/Fe3O4/高分子低聚物三元復合材料因有磁性，對電磁波的吸收和屏蔽產生良好的協同作用，在C波段和Ku波段范圍內最大反射損失達到–45 dB。在聚合物基體中添加石墨烯可以有效改善復合材料的電性能，提高其屏蔽效能。為了進一步提高復合材料的屏蔽性能，可以在聚合物基體中加入多組分材料，使石墨烯和聚合物材料之間形成導電網絡，減少材料間的界面效應，進一步發揮石墨烯的電性能，增強復合材料的電磁屏蔽效果。

圖3 石墨烯/聚苯胺不同頻率點吸收與反射比例對比Fig.3 Contrast between the absorption and reflection ratio of graphene/polyaniline

目前，石墨烯/聚合物復合材料的制備在電磁屏蔽材料上尚未得到實際應用，歸根在于石墨烯的二維結構的完整性、連續性及在聚合物內部定向排列方式等對復合材料的影響較大，如何實現石墨烯在聚合物內部的高效分散仍是石墨烯下游應用面臨的主要問題。雖然采用溶劑法、抽濾法、Layer-by-Layer方法可以獲得石墨烯在基體中的取向排列、較低的滲流閾值[60]，但存在制備工藝復雜、無法與現有工業生產條件有效融合等問題，目前采用熔融共混法制得的石墨烯/聚合物復合材料的滲流閾值高達2%～4%，相應的原料成本增加，極大地限制了石墨烯/聚合物復合材料的應用[61-62]。目前石墨烯/聚合物復合材料在電磁屏蔽及導電材料領域的工業化進程仍面臨嚴峻考驗。

青島德安新碳復合材料有限公司研發工作主要集中對石墨烯下游應用的開發，包括石墨烯功能涂料、導熱灌封膠、石墨烯功能塑料以及石墨烯功能橡膠等。其中石墨烯輕質高強工程塑料系列取得突破，添加少量的石墨烯即可實現力學性能如拉伸模量及彎曲強度提升20%以上，彎曲模量增加50%以上，同時在導熱導電性能方面也獲得較大突破（導熱系數可達 10 W/(m·K)以上，體積電阻率低于 1 Ω·cm），目前更致力于高電磁屏蔽復合材料的設計與開發。

3 總結與展望

石墨烯的理論性能非常優異，但在實際應用過程中，石墨烯在聚合物中無法有效發揮其優異的力學、導熱、導電等特性，關鍵在于石墨烯在聚合物內部多以微/納米尺度的粉末形式存在，難以實現在復合材料內部的高效長程有續排列；且易在聚合物基體內蜷曲和回疊，影響分散效果。不論從力學性能、導熱及導電/電磁屏蔽材料的發展及應用來看，石墨烯與其他填料特別是纖維狀的填料復配使用更有助于復合材料各性能的提升。另外，制備方法的局限性與經濟效益的綜合考慮阻礙了石墨烯/聚合物復合材料在某些方面的應用。因此，立足于現有傳統復合材料的生產工藝來探索石墨烯/聚合物復合材料的制備技術，從而發揮石墨烯獨特的片層結構與優異的物理性能，是發展結構功能一體化的高性能功能性石墨烯/聚合物復合材料的技術關鍵，對加快石墨烯/聚合物復合材料的工業化進程具有極大意義。

[1] NOVOSELOV K S, GEIM A K, MOROZOV S V, et a1. Electric field effect in atomically thin carbon films [J]. Science, 2004, 306(5696): 666-669.

[2] CHAE H K, SIBERIO-PEREZ D Y, KIM J, et a1. A route to high surface area, porosity and inclusion of large molecules in crystals [J]. Nature, 2004, 427(6974): 523-527.

[3] CHEN J H, JIANG C, XIAO S D, et al. Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2[J]. Nat Nanotechnol, 2008, 3(4): 206-209.

[4] LEE C, WEI X, KYSAR J, et a1. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene [J]. Science, 2008, 321(5887): 385-388.

[5] BALANDIN A A, GHOSH S, BAO W, et a1. Superior thermal conductivity of single-layer grapheme [J]. Nano Lett, 2008, 8(3): 902.

[6] STANKOVICH S, DIKIN D, DOMMETT G, et a1. Graphene-based composite materials [J]. Nature, 2006, 442: 282-286.

[7] DU J H, CHENG H M. The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites [J]. Macromol Chem Phys, 2012, 213(10/11): 1060-1077.

[8] GREIL P. Perspectives of nano-carbon based engineering materials [J]. Adv Eng Mater, 2015, 17(2): 124-137.

[9] WANG X Z, LIU N, HU H, et al. Fabrication of three-dimensional MoS2-graphene hybrid monoliths and their catalytic performance for hydrodesulfurization [J]. New Carbon Mater, 2014, 29(2): 81-88.

[10] 曾尤, 王涵, 成會明. 石墨烯/聚合物復合材料的研究進展及其應用前景 [J]. 新型碳材料, 2016, 31(6): 555-567.

[11] XU Z, GAO C. In situ polymerization approach to graphene-reinforced nylon-6 composites [J]. Macromolecules, 2010, 43(16): 6716-6723.

[12] HU N T , WEI L M , WANG Y Y , et al. Graphene oxide reinforced polyimide nanocomposites via in situ polymerization [J]. J Nanosci Nanotechnol, 2012, 12(1): 173-178.

[13] ISTRATE O M, PATON K R, KHAN U, et al. Reinforcement in meltprocessed polymer-graphene composites at extremely low graphene loading level [J]. Carbon, 2014, 78: 243-249.

[14] WANG H, XIE G Y, YING Z, et al. Enhanced mechanical properties of multi-layer graphene filled poly (vinyl chloride) composite films [J]. J Mater Sci Technol, 2015, 31(4): 340-344.

[15] BASTWROS M, KIM G Y, ZHU C, et a1. Effect of ball milling on graphene reinforced Al6061 compositefabricated by semi-solid sintering [J]. Compos Part B, 2014, 60: 111-118.

[16] JEON C H, JEONG Y H, SEO J J, et a1. Material properties of graphene/aluminum metal matrix composites fabricated by friction stir processing [J]. Int J Precis Eng Manuf, 2014, 15(6): 1235-1239.

[17] AITHAL S. Business strategy for nanotechnology based products and services [J]. Int J Manage Sci Bus Res, 2016, 5(4): 139-149.

[18] BIAN J, LIN H L, HE F X, et al. Processing and assessment of high-performance poly (butylene terephthalate) nanocomposites reinforced with microwave exfoliated graphite oxide nanosheets [J]. Eur Polym J, 2013, 49(6): 1406-1423.

[19] OZBAS B, O’NEILL C D, REGISTER R A, et a1. Multifunctional elastomer nano composites with functionalized graphene single sheets [J]. J Polym Sci Part B-Polym Phy, 2012, 50(13): 910-916.

[20] ZHAO X, ZHANG Q, CHEN D, et al. Enhanced mechanical properties of graphene-based poly (vinyl alcohol) composites [J]. Macromolecules, 2010, 43(5): 2357-2363.

[21] WANG H, XIE G, FANG M, et al. Electrical and mechanical properties of antistatic PVC films containing multi-layer graphene [J]. Compos Part B-Eng, 2015, 79: 444-450.

[22] ZANG J, RYU S, PUGNO N, et al. Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area graphene [J]. Nat Mater, 2013, 12(4): 321-325.

[23] WANG H, XIE G Y, ZHU Z G, et al. Enhanced tribological performance of the multi-layer graphene filled poly ( vinyl chloride) composites [J]. Compos Part A-Appl Sci Manuf, 2014, 67: 268-273.

[24] SHANG J, CHEN Y, ZHOU Y, et al. Effect of folded and crumpled morphologies of graphene oxide platelets on the mechanical performances of polymer nanocomposites [J]. Polymer, 2015, 68: 131-139.

[25] WANG H, XIE G, YANG C, et al. Enhanced toughness of multilayer graphene filled poly (vinyl chloride) composites preparedusing melt-mixing method [J]. Polym Compos, 2015, 38(1): 138-146.

[26] 寧波材料所在石墨烯強韌化碳纖維復合材料關鍵技術研究中取得進展 [J]. 新材料產業, 2017(1): 91-92.

[27] 麥偉宗, 王飛, 黃李勝, 等. 導熱PA6復合材料導熱性能的研究 [J]. 合成材料老化與應用, 2013, 42(5): 14-15.

[28] 林俊輝, 姜宏偉. 氧化鋅填充PA6制備絕緣導熱塑料的研究 [J]. 絕緣材料, 2013, 46(4): 30-34.

[29] 于偉, 謝華清, 陳立飛, 等. 高導熱含石墨烯納米片尼龍6復合材料 [J]. 工程熱物理學報, 2013, 34(9): 1749-1751.

[30] LI M H, WAN Y Z, GAO Z F，et al. Preparation and properties of polyamide 6 thermal conductive composites reinforced with fibers [J]. Mater Des, 2013, 51: 257-261.

[31] NOH Y J, KIM S Y. Synergistic improvement of thermal conductivity in polymer composites filled with pitch based carbon fiber and graphene nanoplatelets [J]. Polym Test, 2015, 45: l32-138.

[32] 蔚永強, 汪濤, 朱亞林, 等. 雙粒度 A1N 顆粒增強環氧樹脂基復合材料導熱性能數值模擬 [J]. 塑料工業, 2014, 42(2): 75-78.

[33] 王超, 周正發, 徐衛兵. Al2O3/PP導熱復合材料的制備與性能研究 [J]. 塑料制造, 2013(4): 58-62.

[34] 徐成杰, 王家俊. 氧化鋁填充LLDPE復合材料的導熱性能研究 [J]. 浙江理工大學學報, 2008, 25(5): 512-515.

[35] 覃碧勛, 唐敬海, 柯金成, 等. 玻纖增強 PPS/MgO絕緣導熱復合材料的研究 [J]. 工程塑料應用, 2008, 36(9): l2-l4.

[36] 張娜, 楊剛, 馬連湘, 等. 改性氮化鋁/三元乙丙橡膠復合材料導熱性能和力學性能的研究 [J]. 青島科技大學學報(自然科學版), 2014, 35(2): 182-186.

[37] DONNAY M, TZAVALAS S, LOGAKIS E. Boron nitride filled epoxy with improved thermal conductivity and dielectric break down strength [J]. Compos Sci Technol, 2015, 110: 152-158.

[38] 李明, 張凱, 楊文彬, 等. h-BN/SiCw/聚砜導熱絕緣復合材料的協同導熱效應 [J]. 高分子材料科學與工程, 2015, 31(4): 73-77.

[39] 韓毓旺, 呂素敏, 張毅. 外加電場制備氮化硼-硅橡膠復合導熱材料 [J]. 化工新型材料, 2010, 38(12): 75-76, 112.

[40] 馮乾軍. 高導熱絕緣環氧樹脂基復合材料的研究 [D].杭州: 浙江工業大學, 2014.

[41] 劉科, 劉穎, 吳大鳴, 等. 鱗片石墨取向對鱗片石墨/聚丙烯、鱗片石墨/尼龍 66復合材料導熱性能的影響 [J].復合材料學報, 2014, 31(3): 610-6 l6.

[42] ZHOU S, CHEN Y, ZOU H, et a1. Thermally conductive composites obtained by flake graphite filling immiscible polyamide 6/polyearbonate blends [J]. Thermochim Acta, 2013, 566: 84-91.

[43] 劉俊峰, 袁華, 杜波, 等. 碳納米管/導熱硅脂復合材料的導熱性能 [J]. 材料科學與工程學報, 2009, 27(2): 271-273.

[44] 徐任信, 單云剛, 魯學林, 等. 短切碳纖維/A1N/環氧樹脂絕緣導熱復合材料性能研究 [J]. 絕緣材料, 2008, 41(3): 33-36.

[45] ANNADURAI P, MALLICK A K, TRIPATHY D K. Studies on microwave shielding materials based on ferriteand carbon black-filled EPDM rubber in the X-band frequency [J]. J Appl Polym Sci, 2002, 83(1): 145-150.

[46] AL-SALEH M H, SUNDARARAJ U. Electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness of PP/PS polymer blends containing high structure carbon black [J]. Macromol Mater Eng, 2008, 293(9): 621-630.

[47] RAHAMAN M, CHAKI T K, KHASTGIR D. Electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness of PP/PS polymer blends containing high structure carbon black [J]. J Mater Sci, 2011, 46(11): 3989-3999.

[48] 馮猛, 曾敏, 王新林. 兩種炭黑導電橡膠復合材料的電磁屏蔽性能 [J]. 安全與電磁兼容, 2011(6): 65-66.

[49] NAYAK L, KHASTGIR D, CLAAKI T K. A mechanistic study on electromagnetic shielding effectiveness of polysulfone/carbon nanofibers nanocomposites [J]. J Mater Sci, 2013, 48(4): 1492-1502.

[50] 何和智, 楊彪, 劉明彤. 炭黑聚乙烯復合材料的電磁屏蔽性能 [J]. 塑料, 2010, 39(3): 43-47.

[51] 程利. 碳納米管/硅橡膠復合電磁屏蔽材料的研制 [D].南昌: 南昌大學, 2011.

[52] SALEH M H, SUNDARARAJ U. Electromagnetic interference shielding mechanisms of CNT/polymer composites [J]. J Polym Sci Part B-Polym Phys, 2012, 50(19): 1356-1362.

[53] PANWAR V, PARK J O, PARK S H, et al. Electrical, dielectric, and electromagnetic shielding properties of polypropylene-graphite composites [J]. J Appl Polym Sci, 2010, 115(3): 1306-1314.

[54] AL-GHAMDI A A, AL-HARTIMY O A, AL-SOLAMY F, et al. Electromagnetic wave shielding and microwave absorbing properties of hybrid epoxy resin/foliated graphite nanocomposites [J]. J Appl Polym Sci, 2013, 127(3): 2227-2234.

[55] 喻琴, 萬芬, 高萬里, 等. 層狀PPGr/PP復合材料的結構和電磁屏蔽性能 [J]. 高分子材料科學與工程, 2012, 28(8): 30-33.

[56] BELLIS G D, TAMBURRANO A, DINESCU A, et al. Electromagnetic properties of composites containing graphite nanoplatelets at radio frequency [J]. Carbon, 2011, 49(13): 4291- 4300.

[57] 袁冰清, 郁黎明, 盛雷梅, 等. 石墨烯/聚苯胺復合材料的電磁屏蔽性能 [J]. 復合材料學報, 2013(1): 22-26.

[58] KIM M S, KIM H K, BYUN S W, et al. PET fabric/polypyrrole composite with high elecrtical conductivity for EMI shielding [J]. Synth Met, 2002, 126: 233-239.

[59] HE D X, QIU Y, LI L L, et al. Large-scale solvent-thermal synthesis of graphene/magnetite/conductive oligomer ternary composites for microwave absorption [J]. Sci Chin Mater, 2015, 58: 566-573.

[60] ZHAO D M, LI Z W, LIU L D, et al. Progress of preparation and application of graphen-carbon nanotube composite materals [J]. Acta Chimica Sinica, 2014, 72(2): 185-200.

[61] WANG H, XIE G, FANG M, et al. Electrical and mechanical properties of antistatic PVC films containing multi-layer graphene [J]. Compos Part B-Eng, 2015, 79: 444-450.

[62] SHANG J, CHEN Y, ZHOU Y, et al. Effect of folded and crumpled morphologies of graphene oxide platelets on the mechanical performances of polymer nanocomposites [J]. Polymer, 2015, 68: 131-139.

（編輯：陳豐）

Research progress of graphene/polymer functional composite materials

YU Jin, XU Yan
(Qingdao Detong Nanotechnology Co., Ltd, Qingdao 266600, Shandong Province, China)

Graphene is a kind of nanocarbon material with two-dimensional structure, which has unique physical properties, with largest specific surface area, excellent electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical properties. Graphene becomes a study hot spot in the functional material, including lightweight and high strength material, heat conduction material, conductive material, and electromagnetic shielding material. This paper mainly focuses on the representative research achievements of graphene/polymer functional composites, and reviews on the large-scale application of graphene/polymer composites. Lastly, the key problems and the future development trend of graphene/polymer composites are comprehensively analyzed.

graphene/polymer; functional composites; review; physical properties; thermal conductivity; electromagnetic shielding

10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.09.014

O613.71

A

1001-2028（2017）09-0064-07

徐燕：1992年獲美國普渡大學(Purdue University)理學碩士，材料化學專家。曾任清華大學分析中心負責人以及美國德克薩斯州衛生部質量管理實驗室經理等職。作為第一負責人承擔過國家自然科學基金科研項目。現任青島德通納米技術有限公司副總經理兼技術總監，主要負責石墨烯應用產品的技術開發和市場技術支持，主持完成了石墨烯前體材料的制備工藝、石墨烯導熱橡膠以及輕質高強石墨烯導熱塑料的開發和生產工藝優化等項目。申請石墨烯相關專利14項，在國內外期刊上發表論文10余篇。兼任中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準化委員會委員。

2017-06-01

徐燕 yxu@dtnano.com

于錦（1991－），女，江蘇豐縣人，工程師，碩士，主要從事石墨烯復合材料的研究，E-mail: jyu@dtnano.com 。

時間：2017-08-28 11:41

http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20170828.1141.014.html