1.2.7　石墨烯/橡胶纳米复合材料

石墨烯是由单层碳原子通过sp²杂化连接形成的二维平面蜂窝状晶体，2004年由曼彻斯特大学的科学家Geim通过机械剥离法首次获得。石墨烯优异的力学、热学、电学及高比表面积等特性引起了人们的广泛关注，并因此被探索用于高性能电子器件、传感器、储能材料以及复合材料等领域。目前，研究者已经成功开发了多种石墨烯制备方法，包括微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法以及氧化还原法等。其中，氧化还原法因操作简单、生产成本低、易于工业化生产等特点，被认为是规模化制备石墨烯并用于石墨烯/聚合物复合材料领域最为理想的方法。传统的橡胶复合材料一般通过添加炭黑或白炭黑进行补强，石墨烯的出现为制备高性能橡胶复合材料提供了新的契机。研究表明，石墨烯与橡胶的复合不仅可以提升复合材料的静态力学性能，还可以提高其动态性能，如降低滚动阻力、提高耐磨性，此外还可赋予橡胶复合材料其他功能特性，如导电、导热性能等。

石墨烯的分散是决定石墨烯/橡胶复合材料性能的关键因素之一，研究者们开发了乳液复合技术，即将胶乳与石墨烯/氧化石墨烯分散液复合，并结合双辊开炼工艺，显著改善了石墨烯在橡胶中的分散状态^[60]。此外，该方法结合静态模压工艺可以制备具有隔离石墨烯网络结构的橡胶复合材料^[61]，从而有效降低了复合材料的导电逾渗阈值，提升了复合材料的导电性能，并为其在传感器领域的应用提供了可能。

目前，关于石墨烯/橡胶复合材料应用的报道主要集中在石墨烯轮胎和传感器领域。例如，郭宝春、张立群等利用石墨烯实现了对橡胶的高效增强，填料含量的大幅降低及共价界面设计极大地降低了复合材料的动态损耗。山东玲珑轮胎股份有限公司基于该复合材料所制备的石墨烯轮胎接近A级滚阻能耗^[62]。Coleman等将石墨烯与聚硅氧烷弹性体混合制备了具有良好导电性能的电力学传感材料，该复合材料的电阻对极其轻微的变形或冲击都非常敏感，这些特性使其有望用于高灵敏的传感器领域^[63]。

总之，相比传统填料，石墨烯不仅可以对橡胶复合材料进行高效增强，还可以实现橡胶的功能化。多功能的石墨烯/橡胶复合材料在传统领域（如轮胎）和新领域（如传感器）显示出广阔的应用前景。然而，石墨烯/橡胶复合材料的实际应用仍面临严峻的挑战。首先，高质量、低成本的石墨烯仍难以大规模工业化生产；其次，石墨烯在橡胶中的精细分散技术仍难以大规模工业化，界面调控仍然还有诸多问题；另外，氧化石墨烯面临环保和还原效率低（导电、导热性能显著下降）两大困境。而这些问题对于石墨烯/橡胶复合材料的发展至关重要。高性能石墨烯/橡胶复合材料或石墨烯预分散体的低成本、规模化制备技术是推动其进一步发展的关键。