顆粒在線訊：石墨烯基材料憑借其自身的優(yōu)異特性，可以明顯的提升水泥基材料的力學(xué)性能、耐久性能及導(dǎo)電性能。

然而，由于石墨烯具有較大的范德華力和π?π堆疊作用，導(dǎo)致其難以均勻分散在水相中并極易發(fā)生團(tuán)聚。氧化石墨烯（GO）作為石墨烯的衍生物之一，由于其優(yōu)異的親水性在納米工程應(yīng)用中被廣泛研究。然而GO表面的羧基基團(tuán)極易與水泥水化介質(zhì)中的Ca2+/水化產(chǎn)物發(fā)生配位絡(luò)合作用，從而導(dǎo)致GO在高鈣高堿性的水泥漿環(huán)境中發(fā)生嚴(yán)重聚集現(xiàn)象，以致于GO不能均勻分散在水泥基體中，且交聯(lián)形成的配合物對(duì)水泥基材料的流動(dòng)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，故極大的限制了GO對(duì)水泥基材料的增強(qiáng)有效性并嚴(yán)重阻礙其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。目前大部分研究集中于采用物理或化學(xué)技術(shù)來(lái)改善GO 在水泥孔溶液中的分散性，但現(xiàn)有技術(shù)中都無(wú)法完全避免 GO 納米片的羧基與水泥水化釋放的 Ca2+ 之間的配位絡(luò)合作用，即GO在高鈣高堿性的水泥漿環(huán)境中仍存在或多或少的聚集現(xiàn)象，從而無(wú)法充分發(fā)揮其對(duì)水泥復(fù)合材料的增強(qiáng)作用。從這個(gè)角度來(lái)看，一種新的、簡(jiǎn)便的方法來(lái)高效地將石墨烯基材料分散在水泥漿中極其緊迫。

由于羧基對(duì)于GO在水泥孔溶液的聚集行為起決定性作用，針對(duì)這一機(jī)理出發(fā)，重慶交通大學(xué)袁小亞教授團(tuán)隊(duì)在保證石墨烯親水性的前提下，將熱還原氧化石墨烯（TRGO）與氫氧化鉀通過(guò)球磨的方式，在TRGO片層邊緣及面內(nèi)嫁接羥基這種親水性官能團(tuán)，制得一種無(wú)羧基基團(tuán)的水溶性羥基化石墨烯（HO-G）。一系列關(guān)于HO-G的結(jié)構(gòu)表征及其分別在水相、氯化鈣溶液和模擬水泥漿環(huán)境的高鈣高堿性的飽和氫氧化鈣（CH）溶液中的膠體穩(wěn)定性研究結(jié)構(gòu)表明了該HO-G即保持了石墨烯的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性，又具有優(yōu)異的親水性和長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性，且相比于GO，HO-G可有效的避免GO中的羧基與水泥漿體中鈣離子發(fā)生絡(luò)合作用而團(tuán)聚的問(wèn)題，故在高鈣高堿性溶液中具有更加優(yōu)異的分散穩(wěn)定性。此外，通過(guò)進(jìn)一步研究HO-G對(duì)水泥砂漿工作性能、力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能的影響，發(fā)現(xiàn)該HO-G能明顯提升水泥砂漿中力強(qiáng)度能及抗氯離子滲透性能，且保證了水泥膠砂良好的流動(dòng)性能。此外，作為石墨烯類納米增強(qiáng)劑，由于HO-G在水泥基體中的均勻分散，從而充分發(fā)揮其微觀調(diào)控作用，故當(dāng)達(dá)到同等增強(qiáng)效果時(shí)，HO-G 所需摻量比GO更少，從而起到“低摻量、高性能”的效果。

圖1. HO-G合成過(guò)程示意圖及一系列結(jié)構(gòu)表征圖。

圖2. (a) HO-G在水相中靜置不同時(shí)間后的分散狀態(tài)；(b) HO-G、GO在飽和CH溶液中的分散聚集行為及吸光度測(cè)試結(jié)果；

(c)聚羧酸減水劑（PCE）存在條件下，PCE@HO-G、PCE@GO在飽和CH溶液中的分散聚集行為及吸光度測(cè)試結(jié)果。

圖3. 不同摻量HO-G、GO對(duì)水泥砂漿流動(dòng)性能，力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能的影響。

圖4. HO-G摻配水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)表征及結(jié)合水測(cè)試結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)“去羧基、加羥基”的設(shè)想，制得HO-G既保證了石墨烯優(yōu)異親水性，又避免羧基與水泥水化介質(zhì)中Ca2+化學(xué)交聯(lián)問(wèn)題，并成功的克服石墨烯基材料在水泥基復(fù)合材料中的均勻分散性問(wèn)題及對(duì)其流動(dòng)性產(chǎn)生的負(fù)面影響，從而進(jìn)一步提升石墨烯納米片的增強(qiáng)有效性。該HO-G不僅豐富了石墨烯衍生物家族，還為開(kāi)發(fā)納米工程水泥復(fù)合材料提供了一種新的解決方案。該工作以“Hydroxylated Graphene: A Promising Reinforcing Nanofiller for Nanoengineered Cement Composites”為題發(fā)表在ACS Omega期刊上（https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03844）。