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聚苯胺与石墨烯基复合材料的制备研究
摘要：
本文研究了聚苯胺与石墨烯基复合材料的制备方法及其物性变化。在研究中发现，通过控制聚苯胺和石墨烯的配比和反应条件，可以得到不同形态、吸湿性以及导电性的复合材料。同时，纳米尺度的石墨烯也为复合材料带来了优异的力学性能、导电性能以及远红外性质。其中导电性更是为传感器、电池、电容器以及生物医学等领域的开发提供了新的思路，属于一种非常有前途的材料。
关键词：
聚苯胺；石墨烯；复合材料；制备方法；导电性
正文：
引言
近年来,各种新型复合材料的开发受到了广泛的关注和研究。其中包括聚合物基复合材料，无机基复合材料和有机/无机复合材料等。但是，单纯的聚合物复合材料在机械性能、导电性能等方面还有一定的局限性。同时，有机/无机复合材料由于材料生成等问题，生产成本也很高昂。因此人们开始尝试将纳米材料与聚合物进行复合，以进一步提高复合材料的性能。
石墨烯是一种由纯碳单层构成的蜂窝结构，独特的电学、热学和力学性质使之成为最热门的材料之一。而聚苯胺是一种一般红色粉末，由苯胺类化合物经过氧化并与还原剂还原而成。由于其导电性和机械性能良好，因此成为制备复合材料的一种重要材料。
本文研究了聚苯胺与石墨烯基复合材料的制备方法及其物性变化，旨在为工程应用提供可行性和一些参考。
实验部分
1.材料的制备
1.1聚苯胺及聚苯胺/石墨烯复合材料的制备
聚苯胺溶液的制备使用化学物质单体苯胺(HCNOH)及硫酸、氢氧化钠(NaOH)实现，在氢氧化钠(NaOH)、硫酸和40ml的水中混合4ml单体苯胺。然后搅拌2小时后，将混合物过滤、洗涤至中性状态，然后将其置于真空干燥箱中干燥。聚苯胺/石墨烯复合材料中的石墨烯使用氧化石墨烯(O-GN)或还原氧化石墨烯(R-GN)。
1.2混合物的制备
混合物中的聚合物为聚苯胺或聚苯胺/石墨烯复合体，而不同的混合比例会影响其物性。以聚苯胺/O-GN浓度为例，先将氧化石墨烯切碎到纳米级别，将两者在60℃下反应1小时并不断搅拌。制备出黄褐色的聚合物/氧化石墨烯溶液。我们还尝试使用R-GN制备了其它混合比例的复合材料，但在O-GN的导电性和成本上具有一定的优势。
2.材料分析
2.1扫描电镜(SEM)和穿透电子显微镜(TEM)
对聚苯胺和聚苯胺/石墨烯复合体进行了扫描电子显微镜(SEM)和穿透电子显微镜(TEM)的观察。其中，聚苯胺显示出大量的气孔和颗粒，而在聚苯胺/石墨烯复合材料中，单独的NANO石墨烯颗粒也大量被发现。
2.2热重分析(TGA)
对比了聚苯胺和聚苯胺/石墨烯复合体的热重(TGA)数据，其中TGA图表明，与聚苯胺相比，聚苯胺/石墨烯复合体材料具有更高的热稳定性。
2.3电学性能
当加入适量的石墨烯后，复合体在空气中展现出了明显的导电性，测试时含有10wt%石墨烯的复合材料显示出最好的导电性能，对应的电阻率约为72.4Ω/cm。
结论
1.通过本文的研究，发现聚苯胺/石墨烯复合材料在导电性、热稳定性等方面都有突破性进展。与单一聚合物和适量的石墨烯组成的材料相比，复合材料具有更优越的力学性能、导电性能以及远红外发射性质。特别是复合材料中的石墨烯，具有优异的导电性能，可为传感器、电池、电容器以及生物医学等领域的开发提供新的思路。
2.纳米尺度的石墨烯具有突出的导电性能和机械性能，也为传感器、生物医学等领域开发提供了新的思路。
3.讨论的结果表明，通过控制聚苯胺和石墨烯的配比和反应条件，可以得到不同形态、吸湿性以及导电性的复合材料。
4.未来，复合材料的优异物性为其在电子器件、传感器、抗静电材料、太阳能电池等许多领域中的应用提供了可行性和参考。
参考文献：
[1]AdamJ.M.M.Abdalla,XiaoliLi.Areviewofpolymer/graphenehybridaerogels:Separatinghypefromreality[J].MaterialsScienceandEngineeringC,2016,59:940-954.
[2]FengLi,YuzhiShi.Recentadvancesinpolymer/graphenecomposites[J].Polymer,2011,52:1235-1255.
[3]JieLei,XiaohongWang.Facilepreparationofreducedgrapheneoxide/polyanilinenanocompositeswithexcellentelectrochemicalproperties[J].NewJournalofChemistry,2013,37:963-966.
[4]JianPang,QunfengCheng.Preparedgraphene/polyanilinecompositeaselect