科创中国

武汉工程大学杜飞鹏教授团队针对石墨烯表面改性及其复合材料界面粘结的关键技术难题，从表面分子化学设计入手，发明了石墨烯表面改性关键技术、改善了高分子复合材料界面浸润性和粘结性，制备了相关复合材料，赋予复合材料的高性能化，并进行了相关产业化的应用。 利用强氧化将羧酸引入到石墨烯表面，赋予石墨烯化学活性，采用目标化合物修饰石墨烯表面赋予石墨烯功能性、浸润性等特点。采用共价接枝或π-π共轭将聚苯乙烯磺酸钠和苯胺寡聚体接枝到石墨烯表面，改性石墨烯具有良好溶剂分散性（＞5mg/mL），改性石墨烯作为超级电容器电极，比电容高达200F/g以上，电容保持率高达85%以上，循环寿命高达3000次以上，甚至达到10000次。利用石墨烯表面羧酸的络合，将纳米氧化镁包覆到石墨烯表面，增强了界面粘结力，调控了界面模量，石墨烯-环氧导热绝缘胶在低石墨烯填充量（1wt.%）下，导热率达到0.4Wmk以上，且保持电绝缘性，与国内外同类产品相比性能相当，但成本低。从热力学角度出发，设计和发明改性石墨烯的方法及改性石墨烯新产品，阻止石墨烯的团聚趋势，发挥石墨烯优异的物理性能。采用电活性高分子接枝改性石墨烯，将石墨烯优异的物理性质和电活性高分子的性质耦合在一起，充分发挥界面作用，达到高效传质、传能作用，赋予石墨烯高的比电容性能；利用镁离子与羧酸基团的络合作用及氧化镁适中的模量和低的导电性，将纳米氧化镁包覆到石墨烯表面，赋予石墨烯-环氧复合材料良好的界面粘结、以致高效的界面热能传输。

石墨烯虽具有良好的应用前景，但由于其存在疏油疏水且较容易团聚的特性，导致其分散性和加工性较差。本项目从表面分子化学设计入手，发明了石墨烯表面改性关键技术，改善了高分子复合材料界面浸润性和粘结性，赋予复合材料的高性能化。改性石墨烯在溶剂中具有良好的分散性，有利于石墨烯的加工和实际应用；将其作为电极材料，增强了与电解质之间的传质效果和电活性，有利于改善石墨烯在超级电容器、太阳能电池、锂离子电池等电极材料领域的应用；此外，石墨烯表面改性增强了界面粘结、增强了界面的能量或粒子的传输，有利于石墨烯的高导热性能的发挥，在导热绝缘胶或热界面材料领域具有广阔的应用前景。 该技术制造方法简便、成本低、环境污染小，在电极材料的开发和高性能导热胶或热界面材料领域具有广阔的应用前景，且产品及制备方法环境友好，具有高的安全性，实现较高的经济效益。

本项目发明了石墨烯表面改性关键技术，可应用于电极材料的开发和高性能导热胶或热界面材料领域，制造方法简便、成本低、环境污染小，且产品及制备方法环境友好，具有高的安全性。 将改性石墨烯作为电极材料，与电解质之间的传质效果得到增强、电活性得到增强，有利于改善石墨烯在超级电容器、太阳能电池、锂离子电池等电极材料领域的应用；另外，石墨烯表面改性增强了界面粘结、增强了界面的能量或粒子的传输，有利于石墨烯的高导热性能的发挥，在导热绝缘胶或热界面材料领域具有广阔的应用前景。

武汉工程大学是一所以工为主，覆盖工、理、管、经、文、法、艺术、医学、教育学的综合性大学，具有学士、硕士、博士学位授予权，是湖北省重点建设高校。该科技成果领头人具有教授职称，已发表相关国际论文30余篇，获2017年湖北省技术发明奖二等奖，研发团队经验丰富，分工明确。

目前该产品已经在一家公司得到应用，新增销售额达到6000万，新增利润达到1000万。该成果可有效推动石墨烯在新能源、电子元件、热管理等领域的广泛应用，此外，该制备方法简单易行，环境友好，具有较高的安全性。 具有“新材料之王”美誉的石墨烯对新型功能材料的贡献功不可没，它由碳原子以sp2杂化连接的特殊二维蜂窝状碳纳米结构而具有特异的电磁性、光学性、热力学性、抗菌性等优点。通过石墨烯表面改性关键技术的开发，显著改善石墨烯的分散性，提高其加工性。

石墨烯由碳原子以sp2杂化连接的特殊二维蜂窝状碳纳米结构而具有特异的电磁性、光学性、热力学性、抗菌性等优点。应用领域广泛。有意向的企业可与之以技术转让，技术入股，技术合作，等方式，共同开发新的应用场景，提升意向企业原的产品性能和质量，从而提高市场占有率。