石墨烯-环氧树脂复合材料的拉曼光谱研究

石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，其独特的蜂窝状结构赋予了它优良的导电、导热、机械性能以及高比表面积，自2004年被发现以来，就因其广阔的应用前景而备受关注。石墨烯作为复合材料的填充物，可以有效提高聚合物复合材料的导电性能。复合材料的导电性不仅与填充物的导电性、大小有关，还与其在基体中的分散性密切相关。这要求石墨烯在基体中的分散要均匀，以形成有效的导电网络。 导电复合材料的性能很大程度上取决于填充物的分散性和在基体中的团聚行为。石墨烯因其超薄和良好的柔性，在聚合物基体中容易发生团聚，导致比表面积降低，与基体的界面作用减弱，从而影响其作为增强材料的性能。因此，研究石墨烯在复合材料中的分散性和团聚行为对于提高石墨烯复合材料的性能至关重要。 传统表征石墨烯分散性的方法包括透射电子显微镜（TEM）、透射光学显微镜（TOM）以及导电原子力显微镜（C-AFM）等。TEM可以获得复合材料界面的高分辨率图像，但其成像面积较小且对样品制备要求很高。TOM的成像面积较大，但难以明显区分石墨烯和聚合物基体，且样品切片厚度要求较高。C-AFM则需要在石墨烯形成导电网络后才能用于观察分散性，且仅限于网络边缘的观察。因此，这些方法都有一定的局限性。 相比之下，拉曼成像作为一种表征手段，可以用来研究不同浓度石墨烯在环氧树脂基复合材料中的分布情况，其结果还可用来解释导电复合材料中导电网络的形成机理。拉曼成像技术具备非破坏性、操作简便、可在较大范围内进行成像的优点，而且可以同时获取材料的化学信息和结构信息。 本文中，赵凡宇和倪振华两位研究人员制备了不同石墨烯浓度的环氧树脂基导电复合材料，并利用拉曼成像技术研究了石墨烯在环氧树脂基体中的分散状态。通过拉曼光谱分析，可以清晰地观察到石墨烯在复合材料中的分布，以及石墨烯在环氧树脂基体中的分散性如何影响复合材料的导电性能。 实验结果显示，拉曼成像技术能够有效地揭示石墨烯在复合材料中的分布情况，进一步可以理解导电网络的形成机理。这项研究对于深入理解石墨烯在复合材料中的分散性以及如何提高石墨烯基复合材料的导电性能具有重要的指导意义。在科研与材料科学领域，这项研究不仅推动了石墨烯作为复合材料增强材料的应用，还为材料的表征和改进提供了新的视角和方法。