材料應用范圍很廣。氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料,具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯復合材料包括聚合物類復合材料以及無機物類復合材料更是具有廣泛的應用領域,因此氧化石墨烯的表面改性成為另一個研究重點。石墨烯通??捎裳趸┻€原得到,其主要的制備方法有機械剝離法、化學還原法、溶劑熱還原法、光催化還原法、化學氣相沉積法等。其中,化學還原法由于具有成本低、工藝簡單易控等特點而備受科研工作者的推崇。目前,用于制備還原氧化石墨烯或石墨烯的化學還原劑主要有鈉與硼氫化鈉混合液、硼氫化鈉和硫酸混合液、氫碘酸、氫碘酸與乙酸混合液,鈉-氨,對苯二酚,維生素C-氨基酸,L-對抗壞血酸,鋅粉,鋁粉,鐵,堿,水合肼,二甲基肼,硫化氫以及氫化鈉等。然而,在利用這些還原劑的過程中,高溫、大量有機溶劑以及有毒藥品的使用限制了大規模生產還原氧化石墨烯。因此,開發一種簡單易行、反應條件溫和、生產成本低、環境友好型的還原氧化石墨烯的方法是十分必要的。應用于鋰電正負極材料,還可以應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。全國氧化石墨烯研發
電子產品**率密度的迅速提高使得如何有效排熱成為能量存儲技術快速發展的關鍵問題,其中,在熱源和散熱器之間使用的熱界面材料(TIM)是熱管理系統的重要因素。TIM用于將熱管理系統中的兩種固體材料連接起來,填充它們之間因表面粗糙度不理想而產生的空隙和凹槽,從而起到減小界面熱阻、降低集成電路的平均溫度和熱點溫度的作用。目前**普遍的TIM是由填充導熱材料的復合材料組成,但是隨著電子產品微型化、集成化的發展,隨之而來的對小型、柔初且高效散熱TIM的需求已經超出了目前TIM的能力。因此,人們己經對具有高熱導率、高機械性能的石墨烯/聚合物復合材料、石墨烯涂層等熱管理材料的開發進行了***的研宄。過濾氧化石墨烯漿料氧化石墨含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度。
溶劑熱法是指在特制的密閉反應器(高壓釜)中,采用有機溶劑作為反應介質,通過將反應體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度),在反應體系中自身產生高壓而進行材料制備的一種有效方法。溶劑熱法解決了規模化制備石墨烯的問題,同時也帶來了電導率很低的負面影響。為解決由此帶來的不足,研究者將溶劑熱法和氧化還原法相結合制備出了高質量的石墨烯。Dai等發現溶劑熱條件下還原氧化石墨烯制備的石墨烯薄膜電阻小于傳統條件下制備石墨烯。溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質量石墨烯的特點越來越受科學家的關注。溶劑熱法和其他制備方法的結合將成為石墨烯制備的又一亮點。石墨烯的制備方法還有高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。筆者在以上基礎上提出一種機械法制備納米石墨烯微片的新方法,并嘗試宏量生產石墨烯的研究中取得較好的成果。如何綜合運用各種石墨烯制備方法的優勢,取長補短,解決石墨烯的難溶解性和不穩定性的問題,完善結構和電性能等是今后研究的熱點和難點,也為今后石墨烯的制備與合成開辟新的道路。
在過去的幾十年里,隨著工業的快速發展,環境污染和石化燃料資源枯竭問題日益嚴重,設計和制備能夠有效轉換和利用太陽能等可再生能源的新型熱管理材料成為了目前急需解決的難題。另外,由于電子設備組件正在逐漸向微型化、集成化方向發展,這種趨勢會導致設備在運行過程中產生大量熱量,從而影響其可靠性、穩定性和安全性。因此,制備具有高導熱的散熱材料是促進電子設備發展的關鍵問題之一。由于石墨烯具有高本征熱導率、高比表面積及優異的機械性能,被作為制備熱能存儲材料、散熱材料等熱管理材料的理想選擇。常州第六元素是專業從事石墨烯研發、生產及銷售的專精特新小巨人企業。
近年來,石墨烯薄膜因其高電導率和輕巧柔鈿的特性而受到越來越多的關注。石高全教授課題組[51]通過蒸發誘導自組裝法對引入少量纖維素納米晶體(CNC)的氧化石墨分散液進行干燥處理,然后使氫碘酸對得到的薄膜化學還原,其中,CNC能夠誘導石墨烯片上形成皺紋,使其機械性能得到了進一步增強。測試結果表明,這種薄膜具有拉伸強度比較高可達800MPa,且斷裂伸長率、初性和電導率分別達到6.22±0.19%、15.6412.20MJm_3、1105±17Scm-1,遠遠髙于其他文獻中報道的性能。Cher^M等人通過在單層石墨烯上沉積金膜制備了GO/Au復合電極,在沉積金膜的厚度為7nm時,復合膜在520nm波長處具有24.6Qm_2的**電阻和74.6%的高透射率。為了更直觀地分析其電學性能,Chen等人組裝了基于GO/Au復合電極的超級電容器,測試發現,與基于單層石墨烯的超級電容器相比,其電容提高了17倍,并且表現出良好的機械穩定性,證明了石墨烯復合膜在柔性電子領域具有巨大的應潛力。相關實驗結果顯示,氧化石墨烯實際上具有兩親性,從石墨烯薄片邊呈現親水至疏水的性質分布?;ぱ趸┛头娫?/p>
氧化石墨烯未來可以應用于水泥復合材料。全國氧化石墨烯研發
真空抽濾法是一種制備石墨烯薄膜的**常見方法。由于氧化石墨烯的片層含有大量羧基、羰基等親水性含氧官能團,并且片層間具有靜電相互作用不容易團聚,因此在不借助分散劑的情況下也能在水溶液中分散均勻,從而形成穩定的分散液,非常有利于真空抽濾過程中片層的緊密排列[43,44]。Liu[45】等人采用真空抽濾法制備了具有有序排列結構和高密度的GO/PDA復合膜。在GO/PDA復合膜中,GO的含氧官能團與PDA的胺基之間存在氫鍵相互作用,并且PDA對GO具有還原的作用。在經過3000°C高溫處理之后,PDA被轉化為具有***石墨晶體結構的CPDA納米顆粒(CPDANPs),對石墨烯片層起到了增強的作用,從而使復合膜的拉伸強度、電導率和熱導率全國氧化石墨烯研發