超声分散比热解膨胀的剥离程度要高,这是因为在超声分散的过程中氧化石墨烯并不会有任何的化学变化,这样一来,所制得的氧化石墨烯片都是不导电的绝缘体。然而而通热解膨胀的方法制备氧化石墨烯是时,氧化石墨烯片会出现部分脱氧的现象,这就使得这种方法制得的氧化石墨烯片是可以导电的。此外,利用超声分散的方法制得的氧化石墨烯的表面官能团要比热解膨胀所制得的多,对氧化石墨烯与基体的复合等方面更有利,这也是其一大优势。
1.2.3 氧化石墨烯的改性
与结构较为完整的石墨烯相比,氧化石墨烯片表面具有很多亲水性酸性官能团,这使得氧化石墨烯具有比较好的的润湿性能和表面活性,不仅如此,它还能够在水中稳定的分散而形成悬浮液。然而氧化石墨烯的一大缺点是其亲油性比较弱,这一缺点在很大程度上限制了其应用范围。因此,已经不能单纯的用有机溶剂来使氧化石墨烯剥落,然而通过研究发现,我们可以用一些特殊的化学官能团化来降低氢键等主基团的密度,从而减弱层间氢键的强度,使得氧化石墨烯片层的亲水性有所下降,这样一来氧化石墨烯就有可能会在有机溶剂中剥落。
Matsuo等[11,12]一直专注于研究GO插层衍生物的制备,早年间,他们分别采用了阳离子表面活性剂以及烷基胺等成功的对GO进行了插层。近几年,他们又用氯硅烷类,乙氧基硅烷类等对GO进行甲硅烷基化处理[13],并成功实现了丁基胺插层GO的甲硅烷基化[14,15]。
值得瞩目的是,Stankovich等[16]对化学改性GO剥落行为进行的研究。他们用了很多离子液体对氧化石墨烯进行改性,包括苯基和烷基异氰酸酯等,利用这种方法,他们成功制成了很多由不同的异氰酸酯所改性的氧化石墨。研究发现,经过改性后的氧化石墨是不能在水里面发生剥落的,然而对其进行一些超声处理之后,改性后的氧化石墨在极性非质子溶剂中有较好的分散性,并且形成比较稳定的胶状分散体系。由此获得的悬浮液是很稳定的,不仅可以在低浓度下静置数周,就算对其进行离心分离也能保持稳定。
总之,通过对GO的表面改性,不但可以增强其亲油性,由于插层活性剂的支撑作用还可以使其层间距变大。由此看来对氧化石墨的改性对于氧化石墨烯的形成是十分有利的。
1.2.4 离子液体的简介与应用
离子液体是指完全由离子组成、在室温下或室温附近呈液态的盐,一般由有机正离子和无机负离子组成[17-19]。自1914年发现第1个离子液体硝酸乙基铵以来,离子液体因其优异的性质,如几乎为零的蒸气压、强极性、良好的热稳定性、大的电化学窗口以及结构可设计性,引起了全世界的广泛关注[20]。
近些年来,离子液体[21]在合成橡胶中有比较广泛的应用,比如橡胶硫化的促进剂,填料的表面改性剂以及提高橡胶的导电性等。橡胶工业中的填料从化学性质上一般分为碳纳米粒子和无机纳米颗粒。离子液体以其具有的独特性能可改善填料在橡胶基质中的分散性并且提高两相界面的结合效果。
离子液体可以改善炭黑在橡胶中的分散效果。Kreyenschulte等[22]用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐改性不同牌号的炭黑(N121,N339,N550)后用来填充溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶以及三元乙丙橡胶,研究离子液体对炭黑改性的机理及其对橡胶的增强效果,结果证明离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐吸附在炭黑的表面,其阳离子与炭黑表面石墨结构的离域π电子发生作用,导致了“炭黑-离子液胶体”的形成,从而促进了炭黑网络在橡胶基质中的形成,对橡胶的很多性能有了比较明显的改善。