石墨烯的研究熱潮也吸引了國內外材料制備研究的興趣,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(highlyorientedpyrolyticgraphite)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。利用氧化石墨制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。廣東石墨烯復合材料粉體
除作為添加劑增強聚合物性能外,氧化石墨烯也可單獨作為一種功能材料使用。如氧化石墨烯可作為活性吸附劑吸附廢氣,Bandosz課題組報道了氧化石墨烯對氨氣有效的吸附。氧化石墨烯也同樣在生物領域表現出了重要的應用價值,它能作為一種新型的分子探針有效地檢測生物分子。Yang等人研究了氧化石墨烯作為藥物載體對阿霉素(DXR)的負載及可控釋放,他們發現阿霉素通過π-π共軛作用吸附于氧化石墨烯上,并且通過調節體系的pH值可以對阿霉素的釋放進行調控,證明了氧化石墨烯在藥物控制釋放領域的潛力。**近,Ruoff課題組開發了一種以氧化石墨烯為結構單元的新型類似于紙材料,他們通過將氧化石墨烯的水溶液在微孔濾膜上過濾,得到了這種氧化石墨烯紙。這種材料具有規整的互鎖式排列結構,楊氏模量可高達40GPa,可有望廣泛應用于電子元件,可控透氣性膜等領域。廣東石墨烯復合材料粉體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。
制備聚合物/石墨烯納米復合材料**關鍵的一步是將石墨烯分散到聚合物基體之中。好的分散狀態能保證石墨烯與聚合物基體的接觸界面比較大化,從而影響到整個復合材料的性能。因此,科學家們付出了大量的努力,以求將改性或者未改性的石墨烯均勻分散到聚合物基體之中,并且取得了一定的成果。到目前為止,大多數復合材料主要采用了以下三種方法來制備:一、溶液共混法;二、原位聚合法;三、熔融共混法[148]。值得一提的是,由于氧化石墨烯還原法是目前***能大規模制備石墨烯的方法,而制備復合材料通常需要大量的石墨烯原料,所以制備復合材料使用的基本上為改性或還原的氧化石墨烯。
隨著人類對能源與日俱增的需求,尋找清潔能源是當代科學的研究發展方向。石墨烯作為一種二維碳材料,憑借其獨特的物理化學性質,在新能源研究及實際生產中得到了廣泛的關注,為能源領域的不斷發展提供了無限潛力。氧化石墨烯是石墨烯的一種衍生物,其中大量的含氧官能團使其成為石墨烯功能化應用的重要物質,氧化石墨烯及其復合物在鋰離子電池、超級電容器、燃料電池、太陽能電池等領域有了越來越多的發展和應用,促進了新能源領域的快速進步,對提高能源的利用效率、節能減排及環境保護意義重大。玻纖增強復合料材質地輕、流動性好,良好的加工性能。
外,其他方面的應用也和聚合物導電性的提升緊密相關。例如,應用原位聚合法可以將氧化石墨烯與導電聚合物材料進行復合。這一方法可以在保證制備得到的超級電容器電極高充放電性能和高穩定性的同時提升電容器的安全性。聚合物和氧化石墨烯復合材料已經被廣泛應用于電容器電極材料中,制備的電容器電極材料的比電容可達421.4F/g甚至更高50-52。因此,還原后的氧化石墨烯作為填料對提升聚合物的導電性能具有明顯的效果,極大地促進了各種高分子材料在電容器及多種電子元件生產中的應用。石墨烯復合材料可用于注射和擠出成型制件,作為粒子材料應用于礦用管、給水管及汽車電器配件等領域。廣東石墨烯復合材料粉體
氧化石墨烯含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度。廣東石墨烯復合材料粉體
對氧化石墨烯的化學還原早在1962年就有過文獻報道,Boehm等人發現片層氧化石墨能在堿性,水合肼,硫化氫或二價鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年,Ruoff等人系統的研究了水合肼對氧化石墨烯的還原,他們先將氧化石墨在水中進行超聲剝離得到穩定分散的氧化石墨烯水溶液,再加入水合肼,并在80°C左右回流,發現隨著反應的進行,許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來。說明隨著含氧基團的離去,石墨烯片層間的π-π共軛作用增強致使石墨烯在水中發生了不可逆的團聚[89]。這種團聚現象可以通過對氧化石墨烯的表面修飾得到控制,比如,Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)后再進行還原,由于PSS與石墨烯的非共價作用,抑制了石墨烯的團聚,得到了穩定的單層石墨烯溶液[90]。隨后,各種表面活性劑[91],共軛聚合物[92,93],共軛小分子[94,95]等也被用來非共價修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對之進行共價改性也能抑制石墨烯的團聚,如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對氧化石墨烯改性,再用二甲肼還原,同樣得到穩定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對氧化石墨烯進行共價改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。廣東石墨烯復合材料粉體