氧化石墨烯一般由石墨經強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制備過程的時效性相對較好而且制備過程中也比較安全,是目前**常用的一種。它采用濃硫酸中的高錳酸鉀與石墨粉末經氧化反應之后,得到棕色的在邊緣有衍生羧酸基及在平面上主要為酚羥基和環氧基團的石墨薄片,此石墨薄片層可以經超聲或高剪切劇烈攪拌剝離為氧化石墨烯,并在水中形成穩定、淺棕黃色的單層氧化石墨烯懸浮液。由于共軛網絡受到嚴重的官能化,氧化石墨烯薄片具有絕緣的特質。經還原處理可進行部分還原,得到化學修飾的石墨烯薄片。雖然***得到的石墨烯產物或還原氧化石墨烯都具有較多的缺陷,導致其導電性不如原始的石墨烯,不過這個氧化?剝離?還原的制程可有效地讓不可溶的石墨粉末在水中變得可加工,提供制作還原氧化石墨烯的途徑。而且其簡易的制程及其溶液可加工性,考慮量產的工業制程中,上述工藝已成為制造石墨烯相關材料及組件的極具吸引力的工藝過程。GO氧化石墨(粉末)為棕黑色固體。官能化氧化石墨烯改性
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。生產氧化石墨烯什么價格石墨烯具有良好的導電性能,能夠與涂料中的鋅粉產生協同效應。
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。
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?;苽涫┑膯栴},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。石墨烯極少添加量可改善材料力學性能。
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?;a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?;苽涫┑膯栴}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。氧化石墨易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。官能化氧化石墨烯改性
氧化石墨烯具有兩親性,是因為其含有官能團。官能化氧化石墨烯改性
氧化石墨烯的性能:(1)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;(2)易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、***抑菌等性能;(3)易于剝離成穩定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。氧化石墨烯的應用領域:應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域,還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。氧化石墨烯分散液的性能:(1)含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團;(2)易于接枝改性,可與復合材料進行原位復配,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、***、抑菌等性能;(3)SE3122在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產品經輕微攪拌就可與水相互溶;氧化石墨烯分散液的應用領域:應用于鋰電正負極材料,還可以應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。官能化氧化石墨烯改性