石墨烯诱导高分子结晶行为的研究

利用稀溶液结晶技术，采用二维界面诱导高分子（聚乙烯、尼龙-6, 6）结晶，在石墨烯表面形成一层高分子结晶层，不仅能避免石墨烯的团聚以及与高分子的相分离，实现石墨烯在高分子中均匀分散，而且在保持石墨烯结构完整不被破坏的情况下改变了石墨烯的表面结构，同时也增强了石墨烯的可溶性，为实现石墨烯潜在的应用打下基础。本项目在等温结晶的条件下，系统的研究不同的结晶温度、结晶时间、石墨烯在溶剂中的含量以及改变界面与高分子链作用强弱等对高分子结晶成核、片晶取向的调控、片晶结构的演化、结晶动力学、最终形态的调制作用与作用机理以及复合材料力学性能的影响。通过优化微观结构，大幅度提高复合材料的综合力学性能，为实现石墨烯纳米复合材料的功能设计和调控奠定基础。

石墨烯具有特殊的结构和性质，自2004年首次报道以来迅速成为国际科学研究前沿和热点。本项目成功的实现了宏量、高质量、厚度可控的氧化石墨烯，石墨烯，功能化石墨烯的制备，从分子水平上研究石墨烯与小分子单体、聚合物之间相互作用。并将功能化石墨烯与聚合物（聚乙烯，聚乙烯醇，聚苯乙烯，聚酰亚胺，尼龙等）进行纳米复合，通过增强界面间的相互作用和改善界面的相容性来实现异质分子间的均匀分散。调控纳米结构单元间相互作用以及组装过程中的协同效应，实现纳米组装结构的空间可控性，揭示宏观材料与组装单元结构、形状以及边缘效应之间的关系，使石墨烯、聚合物链的优异性能跨越纳米尺寸，充分地体现在以其组装成的宏观结构之中。建立石墨烯与部分高分子材料的纳米复合技术，实现材料在纳米尺度的有效复合。另外，成功制备了纳米功能颗粒-石墨烯复合材料修饰的电极，研究修饰电极电化学行为及其电催化反应机理，成功构建葡萄糖传感器，超级电容器。研究成果将为促进工业化的石墨烯基复合材料发展提供科学依据。