作为碳材料家族的新成员,石墨烯因其优异的、其它材料无法比拟的热学性能、电学性能以及力学强度等性能,而在半导体、传感器、储能、复合材料等领域有着非常广阔的应用前景。随着对石墨烯研究的深入,石墨烯制备方法层出不穷,但是兼顾产品高品量和制造低成本的方法少之又少,这严重制约了石墨烯的发展。液相剥离法生产石墨烯,以天然石墨为原料,可以低成本获取宏量石墨烯。在此法中,加入分散/稳定助剂,可使石墨烯分散液的产量和稳定性,得到进一步提高。本研究工作即采用含芘基分散助剂来辅助液相剥离石墨制备石墨烯,且以生产效能更高的剪切均质器来作为实验仪器,来提供剥离力。本实验有以下优点:1)剪切剥离法相对于传统的超声剥离法,其生产效率高、生产过程稳定,得到的石墨烯结构更完整、缺陷更少;2)含芘分散助剂的存在,可使剥离过程在低沸点溶剂及水中进行,从而解决了普通液相剥离法溶剂沸点高、昂贵且不环保的问题;3)分散助剂可使剥离得到的石墨烯稳定分散在溶剂,以及将要应用的聚合物基体中。本论文的主要研究工作包括三个方面:1)分散助剂的分子设计和合成,包括油溶性单芘基封端聚苯乙烯(PyPS)和水溶性含芘基共聚物(PyP-co-M);2)采用分散助剂,在液相中(氯仿和水)剪切剥离石墨制备石墨烯;3)对石墨烯的应用进行初步探索。取得了如下研究成果:1)成功合成出适用于水相和氯仿的含芘基分散助剂;2)采用含芘基分散助剂,剪切均质器为生产设备,成功实现了在低沸点、非液相剥离良溶剂氯仿中,以及低价环保试剂水体系中,制备石墨烯。最优的实验条件分别为:分散助剂PyPS浓度为0.7 mg/m L,初始石墨浓度为30 mg/m L;剥离时间210 min(氯仿体系);分散助剂PyP-co-M浓度2 mg/mL,初始石墨浓度50 mg/m L,剥离时间280 min(水体系);3)经表征,所制得的石墨烯片层尺寸在400 nm左右,片层结构缺陷较少,层数约为1-3层;4)将氯仿体系制得的石墨烯应用于PS复合材料的制备,当石墨烯含量为3 wt%时,复合材料热导率提高了1.38倍,电导率可达到0.00814 S/m,当石墨烯含量为1wt%时,拉伸强度达到38.67±1.12 Mpa。5)将水体系制得的石墨烯抽滤成薄膜,其电导率为4×10~4 S/m,石墨烯质量分数为0.4%的石墨烯基水凝胶具有较好的压缩性能,其电导率为1.06 S/m。总结而言,本研究成功制备出两种含芘基分散助剂,在该分散助剂辅助下,可利用均质器的剪切作用,在廉价易得的或者环保溶剂中,实现了制备高品质石墨烯。这为石墨烯的制备提供了一种新思路,并且这种方法制得的石墨烯有着广阔的应用前景。