單層石墨烯在室溫下的熱導率超過5000Wnr1IC1,因此被作為用于熱管理系統中的理想熱管理材料。近年來,人們發現取向三維石墨烯網絡結構能夠為熱量傳遞提供有效路徑,因此在散熱材料和相變材料領域具有廣闊的應用前景。劉忠范院士團隊[39]合成了用作熱管理材料的石墨烯氣凝膠/十八烷酸相變復合材料,在填充含量為20vol%時熱導率約為2.635Wm-1K-1,且其垂直分布的石墨烯納米片提供了更大的光吸收及熱交換面積,顯著提高了太陽能的光-熱轉換及存儲效率,遠遠優于其他傳統的光-熱轉換材料。氧化石墨烯懸浮液可以用于鋰電池負極改性。上海制備氧化石墨烯導熱
從化學結構可以看到,石墨烯具有垂直于晶面方向的大π鍵,此結構決定了其具有優異的電化學性能,在室溫下的導熱系數可高達5300W·(m·K)-1,能夠比肩比較好的碳納米管導熱材料。常溫下其電子遷移率甚至高于碳納米管和硅晶體,屬于世界上電阻率**小的材料。此外,石墨烯還具有完全敞開雙表面的結構特性,也就是說它類似于不飽和有機分子,能夠進行一系列的有機反應,能夠與聚合物或無機物結合,從而提升材料的機械性和導電導熱性。深入這方面的研究,對石墨烯進行官能團修飾,能夠使其化學活性更加豐富[3-4]。由于石墨烯具有上述的結構特性,越來越多的研究者開始著眼于以石墨烯為基底的合成材料。廣東生產氧化石墨烯改性利用氧化石墨烯制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。
氧化石墨烯成膜過程中因氧化石墨烯片層以交錯的方式堆疊在一起,會形成納米通道,因而可作為分子篩。Li等[6和Joshi等|_6]研究發現氧化石墨烯膜具有一定的選擇滲透性,能使水化離子半徑小的離子及直徑小于納米通道孔徑的氣體分子通過,從而實現分子之間的分離。另外,氧化石墨烯膜還能吸附有機染料,可應用于污水處理、鹽水淡化和油水分離等領域_6。Wang等l_7o]研究發現多孔納米聚丙烯腈纖維支撐基底的氧化石墨烯膜能完全過濾水中的剛果紅,且對無機鹽NaSO的阻滯率達56.7。Chen等_7將氧化石墨烯和碳納米管復合制備了還原氧化石墨烯一CNT復合濾膜,發現復合濾膜滲透率高達20~3OL·m·h·bar~,且對水中甲基橙阻滯率達97.3,對其他物質的阻滯率達99%。
涂膜法是一種操作簡單、效率相對較高的制備方法,常見的涂膜法可分為噴涂法和旋涂法兩種。3〇^0山6[46]等人將00懸浮液噴涂在預熱后的51/3丨02基材上,待溶劑完全蒸發后得到石墨烯薄膜。在噴涂過程中,可通過調節噴霧持續時間和分散液濃度來精確地控制GO片的厚度及密度,進一步還原后所得到的石墨烯薄膜可作為P型半導體,并表現出良好的場效應響應。除了普遍使用的噴涂法之外,Lian[47]等人將電噴霧沉積法與卷對卷工藝相結合,經過機械壓實和2200°C高溫處理后得到***石墨烯薄膜,熱導率比較高可達1434Wnr1K-1,并且可實現大面積生產。Bao[4]等人將GO分散液沉積在強氧化劑處理過的玻璃基材表面,并使基材分別以500rpm、800rpm和1600rpm的速度旋轉30s,***在100°C烘箱中干燥得到超薄石墨烯薄膜,其電阻可降低至1〇2?l〇3nnr2范圍之間,透光率高達80%,在透明導體方向有著良好的應用前景。因經氧化后,其上含氧官能團增多而使性質較石墨烯更加活潑,可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質。
石墨烯薄膜具有優異的面內熱導率和良好的柔鈿性,因此經常在可穿戴設備、電子設備等領域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊[78]通過等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁,得到的納米壁具有獨特的結構和出色的熱導率。在輸入電流為350mA的情況下,基于石墨烯納米壁組裝的LED在光輸出功率方面提高了37%左右,而溫度卻降低了3.8%,說明石墨烯納米壁可用作LED應用中增強散熱的良好材料。Kim[79]等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液,然后通過真空抽濾得到10pm厚的超薄氟化石墨烯薄膜(EGF),顯示出242Wm-1K-1的優異面內熱導率。Guo_等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優異的導熱性能,在施加3.2V電壓時,薄膜可以在6s內從室溫快速升溫至45°C。而去除外加電壓后,石墨烯薄膜可在5s內迅速冷卻至室溫,實驗結果顯示其既具有快速的電加熱響應,又具有高效的散熱能力。氧化石墨烯材料有濾餅形態。全國氧化石墨烯銷售
石墨烯可應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域,從而提高復合材料的機械性能。上海制備氧化石墨烯導熱
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。上海制備氧化石墨烯導熱