石墨是由大量碳原子組成的六角環形網狀結構的多層疊合體,因層問結合能只有5.4kJ/tool,故在一定的外力作用下易被剝離,而剝離出的石墨單層結構即為石墨烯。20世紀3O年代,Landau和Peierls等ll提出二維晶體是熱力學不穩定的,在常溫常壓下易分解。因此,傳統理論認為石墨烯只是一個理論結構,實際中無法單獨存在。直到2004年,英國科學家Geim等打破了“二維晶體無法在非***零度穩定存在”的認知,采用微機械剝離法在高定向熱解石墨(HoPG)上反復剝離,**終成功制備并觀察到單層石墨烯。石墨烯的結構非常穩定,碳碳鍵(carbon-carbon bond)為1.42。標準氧化石墨烯研發
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。官能化氧化石墨烯導熱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。
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。
自碳納米管(CNTs)在1991年被Iijima報道以來[10],這種具有一維納米尺寸的管狀碳材料以其獨特的力學、電學、熱學及光學特性,在電極材料、醫學、儲氫裝置和催化劑等諸多領域[11~13]得到了廣泛的應用。鋰離子電池領域是碳納米管相當有潛力的應用方向之一。首先,碳納米管自身就是一種***的鋰離子電池負極材料;其次,碳納米管尤其是使用化學氣相沉積技術制備的定向生長的三維碳納米管陣列具備優異的機械強度,并且由于其獨特的彈道電子傳導效應及抗電遷移能力,其電導率可高達105S/m[14]。將其作為三維導電結構或導電添加劑加入到其他電極材料之中,不但可提高復合電極的電子與離子傳輸能力,還可***增強電極的機械性能。氧化石墨烯規模非常大的廠家是常州第六元素。
提升材料的分散能力與復合結構制備技術。通過均勻分散與活性材料達到良好的電化學接觸是碳納米管與石墨稀在用作導電添加劑與復合導電結構時發揮性能的關鍵。特別是在鋰硫電池中,一般所制備的碳硫復合電極中碳材料的含量往往超過30%,嚴重影響了所制備硫電極的實際比容量性能,因而需要通過提高碳材料的分散能力與復合電極的制備技術以在高硫負載率下,仍能保證復合電極較高性能的發揮。(3)開發新的應用模式。對碳納米管與石墨烯的應用可不限于其本身,而是通過諸如碳納米管與石墨烯的復合或兩者與其他導電結構的復合,以不同材料間的協同作用來構筑更為完善的導電結構。同時也通過降低碳納米管與石墨烯在電極中的使用量,有效降低材料的應用成本。石墨烯含有豐富的官能團,易于分散。云南氧化石墨烯研發
常州第六元素氧化石墨(烯)產能達到1400噸/年,石墨烯粉產能達到100噸/年。標準氧化石墨烯研發
常州第六元素材料科技股份有限公司擁有石墨的深度插層和高解離率的制備技術、氧化石墨的高效純化技術、石墨烯微片的缺陷修復/比表面可控技術、全行業**的回收/循環氧化技術等自主知識產權。自主設計的生產線已成功實現了石墨烯產品低成本規模化制備,在技術、工藝、設備等方面獲多項突破,產品具有比表面積大、導電性優異、分散度好和優良復合功能等特點。目前年產1400噸的氧化石墨(烯)/100噸石墨烯粉體生產線已投產運行,該生產線擁有完全的自主知識產權,且石墨烯產品質量好、成本低,達國際**水平,具有極強的市場競爭力。標準氧化石墨烯研發