根據組裝方式的不同.石墨烯能形成一維纖維結構、二維平面結構和三維體結構的石墨烯宏觀體。纖維結構的石墨烯宏觀體在可穿戴電子設備上具有廣闊的應用前景,而二維和三維結構的石墨烯宏觀體在超級電容器以及環境水處理方面表現出較強的優勢。石墨烯纖維作為典型的一維結構的石墨烯宏觀體,是一種具有大長徑比的宏觀石攫烯材料。2011年Xu等***合成石墨烯纖維,且發現石墨烯纖維強度高、韌性好、可編織,可作為柔性電池的關鍵材料。時隔兩年.空心石墨烯纖維誕生,其直徑為數十至數百微米。空心石墨烯纖維具有內壁和外表面.相對于石墨烯纖維其比表面積增大,具有良好的催化、分離和敏感特性“。石墨烯膜或石墨烯紙作為二維平面結構石墨烯宏觀體的**.足一種有序度低于石墨疊層結構的平面宏觀石墨烯材料。Dikin等通過真空輔助抽濾氧化石墨烯膠狀懸浮液,實現石墨烯的定向組裝,***獲得了氧化石墨烯紙。通過對其還原即可獲得石墨烯紙。且研究表明石墨烯紙具有電導率高(1716S·cm)、導熱性能好(1434W·m·K一)以及氣體滲透性好…等特性。 氧化石墨烯未來可以應用于海水吸附。無污染氧化石墨烯項目
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。江蘇氧化石墨烯改性石墨烯的結構非常穩定,碳碳鍵(carbon-carbon bond)為1.42。
智能手機、平板電腦等便攜式設備的普及為人們的生活帶來了極大的便利。但是,其中的高速處理器等電子組件會產生不良的電磁能量,這不僅會損害電子組件自身的使用壽命、干擾其他組件的功能,還會對人體健康帶來危害。石墨烯薄膜具有優異的電學性能及熱學性能,被認為是相當有發展前景的超薄電磁屏蔽材料。鄭**教授團隊[56]通過蒸發自組裝法制備了大面積GO薄膜。經過石墨化處理后,所得石墨烯薄膜具有出色的性能,其電磁屏蔽性能和面內熱導率分別可達20dB、1100WFengW等人通過疊層熱壓技術成功制備了含有石墨烯納米片(GNP)和Ni納米鏈的復合膜(HAMS)。通過將Ni納米鏈和GNP選擇性地分布在不同的層中,其比較好電導率、屏蔽效果和面內熱導率分別可以達到76.8Sm'51.4dB和8.96WH1-1K-1。
氧化石墨烯的研究熱潮也吸引了國內外材料植被研究的興趣,石墨烯材料的制備方法已報道的有:機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。1、微機械剝離法2004年,Geim等***用微機械剝離法,成功地從高定向熱裂解石墨上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準二維石墨烯并觀測到其形貌,揭示了石墨烯二維晶體結構存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質量石墨烯,但存在產率低和成本高的不足,不滿足工業化和規模化生產要求,目前只能作為實驗室小規模制備。2、化學氣相沉積法化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在規模化制備石墨烯的問題方面有了新的突破。CVD法是指反應物質在氣態條件下發生化學反應,生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。麻省理工學院的Kong等、韓國成均館大學的Hong等和普渡大學的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐,通入含碳氣體,如:碳氫化合物,它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯,通過輕微的化學刻蝕,使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。常州第六元素建有自動控制規模化生產線,市場占有率居國內外前列。
化學氣十日沉干jI法制備三維石烯的j制箭烯卡¨似,以甲烷為碳源.氧氣和氬氣為輔助怵,泡沫過渡金屬底l-2h:積基形狀類似的泡沫狀烯,利川劃蝕液將冷卻后帶底的f器烯泡沫中的坫劃腳if'b:.從mj火僻九支撐構架的j維石烯泡沫。(、h{21]等利ff】化學氣相沉I法分)j』J平f1l曲泡沫鎳底f:.制舒r具有三維連通絡納fjlJ的鞋烯泡沫材料。研究發現.石墨烯泡沫完整地制色!淋J的納構.以尢縫連接的力‘式卡勾成r全連通的體.仃低J奠、大扎隙率、高比表面積和優異的電荷他能力等特點。Wu等利用該方法也成功制備J,氮摻雜維r烯泡沫..此外.利用這種方法還能獲得各種具有優砰特性的維r烯泡沫。。Iiu等以泡沫Ni為呔.通過化學卡¨fjl成功制備rJfj于*胚抗原檢測的大孔維烯泡沫。 GO氧化石墨(粉末)為棕黑色固體。無污染氧化石墨烯項目
常州第六元素擁有氧化石墨(烯)、石墨烯粉體、復合材料3大系列產品。無污染氧化石墨烯項目
利用石墨烯的納米效應,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜也是石墨烯應用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復合膜散熱片,結果表明其熱導率達到977W/(m·K),其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環薄膜,其熱導率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,其熱導率達530~810W/(m·K)。可見,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜,復合薄膜的無污染氧化石墨烯項目