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。石墨烯導熱性能優異,可制備導熱復合材料、散熱涂料等。上海制備氧化石墨烯銷售
石墨烯是碳材料家族的新成員,它是由碳原子以sp2雜化軌道組成的只具有一個原子層厚度的單層片狀結構材料。同碳納米管一樣,石墨烯也以其諸多優點而被廣泛的應用于儲能電池領域:(1)石墨烯具有極高的比表面積,其理論值高達2600m2/g[16],這使得石墨烯基復合電極有著很好的電解液相容性;(2)石墨烯的電導率遠超其他碳材料,以石墨烯為導電結構的復合電極材料可以發揮優異的倍率性能;(3)石墨烯衍生物如氧化石墨烯(GO)與還原氧化石墨烯(RGO)上含有的大量官能團與缺陷位可以作為多種金屬及金屬氧化物納米粒子的生長位點。這種由石墨烯矩陣組成的復合結構可以有效的抑制納米電極材料在充放電過程中的團聚現象及電極巨大的體積變化,從而增強電極材料的容量保持率與循環穩定性。化工氧化石墨烯市價石墨烯漿料穩定性較好,加入活性材料易于電池混漿。
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。
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,復合薄膜的氧化石墨烯的精確結構還無法得到確定。
在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業化生產過程中,得到的石墨烯微片富含多種含氧官能團。由于石墨烯片層上的這些缺陷,在一些情況下,石墨烯微片無法滿足某些復合材料在抗靜電或導電、隔熱或導熱等方面的特殊要求。為了修復石墨烯片層上的缺陷,提高石墨烯微片的碳含量和在導電、導熱等方面的性能。通過調控氧化石墨烯的結構,降低氧化程度,降低難分解的芳香族官能團,如內酯、酮羰基、羧基等官能團的含量,從而增加后續官能團分解的效率和降低分解溫度。調控氧化條件,減少面內大面積反應。該減少缺陷的方案,有助于提升還原效率,減少面內難以修復的孔洞,使碳原子排布更密集,進一步減少修復段的勢壘,將能量用于增加碳原子離域尺寸,提升晶元大線,從而提升還原石墨烯的本征導電性。研發了深度還原技術,并通過自主開發的還原設備,將石墨烯微片碳的質量分數提高到90%以上;且粉末電導率相比還原前提升20倍,達到了4000S/m以上。氧化石墨烯是單一的原子層,可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米。附近氧化石墨烯
氧化石墨烯還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。上海制備氧化石墨烯銷售
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