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。制備氧化石墨烯
光-熱能量轉換是石墨烯相變復合材料目前應用*****的一個領域。楊鳴波教授團隊[63]通過化學氣相沉積(CVD)制備出了具有互連網絡的石墨烯泡沫(GF),用于制備復合相變材料的三維骨架。研宄發現,這種相變復合材料的熱導率比純相變材料高744%,且具有很高的光-熱轉換效率,表明其在太陽能利用和存儲中的巨大潛力。**近,他們團隊[64]通過冷凍鑄造法制備了三維石墨烯網絡,與聚乙二醇(PEG)復合后得到具有出色的形狀穩定性以及高儲能密度的石墨烯相變復合材料。在100mWcnr2的模擬太陽光下照射20分鐘,相變復合材料的溫度迅速升高,比較高可達到約70°C,而純PEG的溫度*為55.4°C,無法完成相變過程。關閉模擬光源后,相變復合材料的溫度急劇下降,當溫度到達結晶點附近時,將出現另一個平臺,**著熱能的釋放過程。實驗結果表明,與純PEG相比,石墨烯相變復合材料在光-熱能量轉換方面表現出更優異的性能,有著更好的應用前景。制備氧化石墨烯氧化石墨烯是第六元素的產品之一。
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,
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。氧化石墨烯官能團豐富,易于改性。
石墨經過氧化處理后得到氧化石墨,氧化石墨仍保持石墨的層狀結構,但在每一層的石墨烯單片上引入了許多氧基功能團。這些氧基功能團的引入使得單一的石墨烯結構變得非常復雜。鑒于氧化石墨烯在石墨烯材料領域中的地位,許多科學家試圖對氧化石墨烯的結構進行詳細和準確的描述,以便有利于石墨烯材料的進一步研究,雖然已經利用了計算機模擬、拉曼光譜,核磁共振等手段對其結構進行分析,但由于種種原因(不同的制備方法,實驗條件的差異以及不同的石墨來源對氧化石墨烯的結構都有一定的影響),氧化石墨烯的精確結構還無法得到確定。大家普遍接受的結構模型是在氧化石墨烯單片上隨機分布著羥基和環氧基,而在單片的邊緣則引入了羧基和羰基。**近的理論分析表明氧化石墨烯的表面官能團并不是隨機分布,而是具有高度的相關性。氧化石墨烯粉體只有第六元素具備規模化產能。全國氧化石墨烯型號
氧化石墨烯還可以用于無機非金屬復合材料領域。制備氧化石墨烯
相變材料(PCM)通過材料發生物態的變化(如融化、凝固等)來儲存及釋放能量,從而達到熱管理的目的。但是,相變材料在作為熱管理材料使用時有三個主要缺點:本征熱導率低、對光的吸收率低以及形狀穩定性差[6()_62]。因此,通常通過添加導熱填料來改善這些缺點,石墨烯由于具有高本征熱導率、高長徑比而經常被作為制備具有高性能相變復合材料的理想填料。在現階段研究中,石墨烯基相變復合材料在熱管理方向的應用主要分為光-熱轉換材料、熱-電轉換材料、電-熱轉換材料三種。制備氧化石墨烯