高分子改性及复合材料
石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的单原子层二维材料，其杨氏模量高达1 TPa、拉伸强度约为130 GPa；室温下电子迁移率约2×105 cm2 V-1 s-1，导电率达到106 S cm-1，热传导率高达5×103 W m-1 K-1，透光率97.7%。除此之外，在抗菌、阻隔等方面也表现出超乎寻常的特点。独特的二维纳米结构和诸多优异性能，使得石墨烯的制备与应用受到广泛关注。本课题组在石墨烯方面的工作，主要是将石墨烯优异的性能与高分子相结合，以氧化石墨烯为原料，制备宏观性能优异的高性能石墨烯基材料(如高强高韧石墨烯薄膜、具有良好力学性能的功能石墨烯气凝胶等)，探究高分子/氧化石墨烯复合材料在熔融加工过程中发生的物理化学变化，为低成本、规模化制备高性能聚合物/石墨烯复合材料提供基础数据。该方向的研究工作主要包括：
1． 高强高韧石墨烯薄膜与应用
将单层的石墨烯纳米片组装成宏观材料，是将石墨烯特殊的纳米结构和优异性能转化为实际应用的重要步骤。我们在石墨烯薄膜方面开展的工作主要有：(i) 从石墨烯原料的处理、成膜工艺、薄膜结构等方面，研究影响石墨烯薄膜性能的各种因素；(ii) 设计、制备具有特定结构、功能的聚合物并与石墨烯相结合，通过引入各种化学及物理作用，制备高强高韧的石墨烯薄膜；(iii) 研究功能石墨烯薄膜在导热、导电、电磁屏蔽、选择性阻隔等领域的应用。
(Adv Mater 2013, 25, 2980;ChemNanoMat 2016, DOI: 10.1002/cnma.201600127.)
2. 高强石墨烯复合气凝胶制备与应用
将石墨烯组装成三维的气凝胶，在能源、环境、航天航空、建筑等领域具有广阔的潜在应用前景。本课题组在石墨烯气凝胶方面的工作，主要集中于石墨烯与高分子相结合，制备具有特定物理功能(如导电、绝热、隔音、油水分离、重金属吸附等)的同时还具有良好力学性能(如可压缩、高回弹等)的高强度气凝胶，以期满足实际应用的需求。
(J Mater Chem A 2013, 1, 3495; ACS Appl Mater Interfaces 2013, 5, 7122; J Mater Chem A 2014, 2, 10365)
3．高分子/石墨烯纳米复合材料制备与应用
石墨烯具有优异的导电、导热、阻隔、抗菌及力学性能。我们利用石墨烯的上述特点，开展了在高分子/石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究，主要包括：(i) 石墨烯的表面改性及基于石墨烯的功能改性剂制备；(ii)高分子/石墨烯纳米复合材料制备技术；(iii) 轻量化高分子/石墨烯增强复合材料材料；(iv) 导电、导热、防腐、阻隔等功能石墨烯改性高分子复合材料。期望通过上述各方面的工作，获得具有实际应用价值的高性能高分子/石墨烯纳米复合材料。
(Carbon 2010, 48, 3834; J Mater Chem 2011, 21, 9271; Compos Sci Technol 2016, 125, 108) .
4． 高分子/氧化石墨烯复合材料熔融加工过程中的物理化学变化
氧化石墨烯(GO)不仅常做为制备石墨烯复合材料的原料广泛使用，而且其本身也是一种良好的增强材料。在以GO为起始原料的各类聚合物复合材料，在熔融加工过程中发生的GO原位还原反应会导致材料结构、组成发生变化，会使有效调控此类材料或制品的结构及性能更为困难。我们期望从此类复合材料在传统熔融加工过程发生的GO原位还原入手，一方面研究决定GO原位还原的各种影响因素及可能机理，同时研究因GO原位还原引起材料不同层次聚集态结构及结构演化规律的变化，较全面地理解此类复合材料熔融加工过程中发生的化学、物理变化，为调控GO基复合材料或制品的组成和结构、形成可控制备特定性能GO基复合材料的新技术提供基础数据。
(Polym Chem 2013, 4, 1765; J Phys Chem C 2014, 118, 25718;Polymer 2014, 55, 4341)