石墨烯，是由一層碳原子構(gòu)成的石墨薄片，是目前已知的導(dǎo)電性能最出色的材料，這使其在微電子領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。石墨烯的理論研究已有60多年的歷史，除了在電子器件的應(yīng)用外，石墨烯在電池電極材料、儲(chǔ)氫材料、納米復(fù)合材料、生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用已廣泛。聚苯胺具有化學(xué)性質(zhì)專一、表面積大、電傳導(dǎo)性能好、制備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，因此它在電池、傳感器、防腐保護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是由于傳統(tǒng)的聚苯胺存在隨溶液pH值升高聚苯胺活性降低的問(wèn)題，因而應(yīng)用范圍大大的受到了約束。本文對(duì)石墨烯聚合物的制備、發(fā)展現(xiàn)狀及前景做出了研究。

1.石墨烯

1.1氧化石墨烯

氧化石墨烯是一種性能優(yōu)異的新型碳材料，具有較高的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)。氧化石墨烯復(fù)合材料包括聚合物類復(fù)合材料以及無(wú)機(jī)物類復(fù)合材料更是具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2氧化石墨烯的制備

石墨的氧化方法是用無(wú)機(jī)強(qiáng)質(zhì)子酸處理石墨，將強(qiáng)酸小分子插入石墨層間，再用強(qiáng)氧化劑KMnO4等對(duì)其進(jìn)行氧化。

1.3氧化石墨烯應(yīng)用前景

與單壁碳納米管（SWCNT）類似，石墨烯具有熱、力、電等優(yōu)異的性能。但聚合物分子不易進(jìn)入SWCNT內(nèi)表面，而氧化石墨烯巨大的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)賦予其優(yōu)異的復(fù)合性能，在經(jīng)過(guò)改性和還原后可在聚合物基體中形成納米級(jí)分散，從而使石墨烯片在改變聚合物基質(zhì)的力學(xué)、流變、可滲透性和降解穩(wěn)定性等方面具有更大的潛力。另外，由于氧化石墨烯成本低廉，原料易得，因而比SWCNT更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)外已有氧化石墨烯/聚合物復(fù)合材料的相關(guān)專利報(bào)道，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了能源行業(yè)的燃料電池用儲(chǔ)氫材料，合成化學(xué)工業(yè)的微孔催化劑載體，導(dǎo)電塑料，導(dǎo)電涂料以及建筑行業(yè)的防火阻燃材料等方面。

2.聚苯胺

2.1功能化聚苯胺

20世紀(jì)70年代以來(lái)，導(dǎo)電聚合物的研究得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺目前已成為最受關(guān)注的三大導(dǎo)電高分子品種。尤其是聚苯胺，其合成原料易得、合成方法簡(jiǎn)單，成本遠(yuǎn)比聚噻吩和聚吡咯低，同時(shí)具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性[1]、導(dǎo)電性、電致變色性、質(zhì)子交換性等性能，成為研究最多的、最有應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物之一[2]。目前，人們通過(guò)在聚苯胺鏈中引入-SO3H，-COOH等功能化基團(tuán)來(lái)改變其性質(zhì)，形成功能化聚苯胺。

2.2聚氨基苯磺酸

-SO3H基團(tuán)的存在，大大改善了聚苯胺在水溶液及大部分有機(jī)溶劑中的溶解性、環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在pH范圍1～12內(nèi)，磺酸化的聚苯胺仍能保持其電化學(xué)活性，而且-SO3H基團(tuán)的負(fù)電性可以固定帶正電的物質(zhì)，同時(shí)排除負(fù)電性物質(zhì)的干擾，用于化學(xué)修飾電極具有更快的響應(yīng)速度。

3.石墨烯與聚苯胺的復(fù)合

3.1石墨烯與自摻雜聚苯胺的相互作用

有柔韌性的石墨烯（GS）/聚苯胺（PANI）納米纖維復(fù)合材料通過(guò)一種簡(jiǎn)單快速的兩步法來(lái)合成，即將帶負(fù)點(diǎn)的聚對(duì)苯乙烯磺酸鈉（PSS）摻雜的GS（PSS-GS）和帶正電的PANI納米纖維真空過(guò)濾制備出PSS-GS/PANI納米纖維懸浮液。通過(guò)場(chǎng)致發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）和高分辨率透射電子顯微鏡（HR-TEM）觀察可以清晰地看見(jiàn)典型的高有序性的層狀PSS-GS/PANI復(fù)合材料，并且聚苯胺納米纖維被PSS-GS覆蓋。除了薄和有柔韌性的優(yōu)點(diǎn)外，由于有大表面積的GS和高電容性的PANI指尖的良好結(jié)合，制備好的PSS-GS/PANI復(fù)合材料薄膜綜合來(lái)說(shuō)比純的PSS-GS有更好的電化學(xué)性能。

3.2石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展

2004年，石墨烯首次被從石墨中成功的剝離出來(lái)，以及石墨烯的穩(wěn)定存在被證實(shí)之后，石墨烯/聚合物復(fù)合材料才真正意義上步入科研領(lǐng)域的軌道。Yan等人[3]首先用Hummers法制備了氧化石墨烯，然后用肼使其還原成石墨烯，再用過(guò)濾的方式形成石墨烯紙，將石墨烯紙浸泡在聚苯胺與過(guò)硫酸銨、鹽酸的混合溶液中24h，然后清洗干凈，并在60℃下真空干燥，從而形成石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料。Cheng小組[4]利用“原位電聚合法”獲得石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料。該復(fù)合電極材料具有良好的電化學(xué)活性和柔韌性，抗張力程度提高了43%，相對(duì)于單純的石墨烯電極有了一定的提高。

目前，在能源行業(yè)、建筑行業(yè)以及合成化學(xué)工業(yè)方面有關(guān)石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究報(bào)道己經(jīng)有很多。今后研究的熱點(diǎn)可能是：以石墨烯作為納米填料，制備以力、電、熱為主的增強(qiáng)復(fù)合材料及自組裝的大面積導(dǎo)電紙狀材料，以及這些材料的相關(guān)應(yīng)用研究。