作为一种具有超高热导率(≥3080 W/(m·K))的新型二维碳纳米材料，石墨烯可有效改善聚合物基复合材料的导热性能；但由于其大尺寸片层之间较强的π-π相互作用等因素极易导致其在聚合物基体中发生聚集，限制了其优异导热性能的发挥。因此采用表面功能化对石墨烯进行改性，促进其在聚合物基体中的均匀分散和导热性能的充分发挥，是一种行之有效的科学技术手段。
近年来的学术研究也证实了石墨烯表面功能化是增强两相界面作用、降低界面热阻的有效途径之一。本文综述了用于聚合物基复合材料导热填料的石墨烯及表面功能化研究进展，并对石墨烯的氨基功能化、乙基功能化和异氰酸酯基功能化进行了探讨与分析。
1、 氨基功能化
石墨烯氨基功能化是其表面功能化的一种常用技术手段。Vu Minh Canh等利用紫外光聚合法制备了油酰胺功能化石墨烯(OA-f-GO)/压敏胶复合材料。研究发现，油酰胺功能化可有效改善OA-f-GO与压敏胶的分散性和相容性；当OA-f-GO含量为5.0 wt%时，该复合材料的热导率较纯压敏胶提高了300.0 %。
Ding等采用溶液共混-热压法制备了对苯二胺功能化石墨烯/聚苯乙烯复合材料(PPD-f-GO/PS)，实验表明，与纯GO相比，PPD-f-GO与PS基体之间的界面结合作用显著提高。当PPD-f-GO含量为10.0wt%时，该复合材料的导热系数为0.2W/(m·K)，与纯PS相比提高了66.0 %。
Chen等采用原位共缩聚法制备了氨基改性还原氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料(RGO-NH2/PI)，研究发现，RGO-NH2在溶剂中具有良好的溶解性；与此同时，其与PI骨架之间的共价键合作用也提升了该复合材料的导热性能。当RGO-NH2含量为2.0wt%时，该复合材料的热导率较纯PI提高了15.0 %。
2 、乙基功能化
石墨烯乙基功能化是其表面功能化的又一常用技术手段。Peng等采用分子动力学模拟技术研究了乙基功能化石墨烯/正十八烷复合材料的导热性能；实验表明，乙基功能化可以有效改善两相界面相互作用。当乙基的官能团覆盖率为10.0%时，该复合材料的热导率为0.4 W/(m·K)，较未功能化前提高了59.8 %。优异的导热性能使得该复合材料具有巨大的工业化应用潜力。
Qian等采用原子转移自由基聚合技术制备了乙基功能化石墨烯/纤维素复合材料；研究表明，乙基功能化可在改善石墨烯与基体相容性的同时，降低界面热阻，使复合材料的导热性能显著提高。当乙基功能化石墨烯填充量为9.0wt%时，该复合材料的导热系数为1.3 W/(m·K)。
Yuan等通过分子动力学模拟技术探讨了石墨烯的乙基功能化对聚乙二醇基复合材料导热性能的影响；计算结果表明，乙基功能化石墨烯的相对界面热阻(ITR)最低为0.6。随着官能团覆盖率的增加(2.1%~10.1%)，该复合材料的ITR呈显著下降趋势。乙基功能化对聚26乙二醇基复合材料界面热阻的降低具有积极作用。综上所述，石墨烯的乙基功能化为聚合物基复合材料在元器件热管理材料领域的基础应用提供了一种可选的技术手段。
3 、异氰酸酯基功能化
通过对导热填料石墨烯的异氰酸酯基功能化可以使得聚合物基复合材料在相同组分的条件下获得更加优异的导热性能。Zheng等采用原位聚合法制备了异氰酸酯基改性氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料(NCO-f-GO/WPU)。
实验表明，接枝在GO表面的-NCO有效阻碍了GO在聚合物基体中的聚集，同时可作为连接GO和WPU的界面活性位点，使复合材料的热导率有所提高。此外，NCO-GO/WPU纳米复合材料的疏水性也得到了同步改善。
Vu Minh Canhc等采用原位聚合法制备了异氰酸酯基功能化氧化石墨烯/压敏胶复合材料(IEMA-f-GO/PSA)，通过IEMA对GO进行同步化学还原和表面功能化，使得GO与PSA之间形成化学共价键合，不仅降低了界面热阻，而且为IEMA-f-GO/PSA复合材料提供了高效的导热网络。
结果表明，当IEMA-f-GO填充量为1.0wt%时，该复合材料的热导率为1.0W/(m·K)。Xiang等通过熔融反应法制备了导电纤维素骨架/聚酰胺-6(PA6)纳米复合材料。实验采用甲苯二异氰酸酯(TDI)对还原氧化石墨烯(RGO)进行表面功能化，使得TDI-f-RGO均匀地分散在PA6基体与纤维素骨架中。
研究发现，TDIf-RGO与PA6之间的化学键合可有效降低两相界面处的声子散射，对于该复合材料导热性能的提高具有十分积极的作用。当RGO-TDI含量为1.2 vol%时，该复合材料的热导率为0.4 W/(m·K)。
4 、结语
综上所述，石墨烯表面功能化可改善其与聚合物基体的相容性和分散性，降低界面热阻，是提高聚合物基复合材料导热性能的有效途径之一。虽然现阶段针对石墨烯表面功能化用于聚合物基复合材料导热填料的相关研究取得了一定进展，但是如何科学优化其与聚合物基体间的界面活性位点调控依然是该研究领域的关键技术瓶颈，有待于进一步的深入研究。
来源：化工管理
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