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。石墨烯適用于鋰離子電池正負極材料導電添加劑,可有效提高電池能量,改善循環壽命和倍率性能。江蘇石墨烯復合材料商家
在碳納米管上負載納米粒子得到了廣泛的關注和研究,這種新型的納米結構也已經在生物醫藥、催化、傳感器的領域取得了一定的進展。相對于碳納米管,石墨烯具有相似的穩定的物理性質,但是具有更高的比表面積,因此,在石墨烯上負載納米粒子同樣有希望得到新的納米結構,并改變其物理特性而產生更為豐富的功能與應用。除與納米粒子復合外,石墨烯與其他碳基納米材料也可復合組裝形成復合材料。Liu等人通過共價連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復合材料,發現富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學性能得到了顯著提高。Yang等人將碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級電容器,發現當石墨烯含量為90%時比電容高達326.5F/g。同時,許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復合材料在制備透明導電薄膜方面的優勢,他們發現石墨烯與碳納米管混合后制備的導電薄膜在性能上要優于單一組分的導電薄膜。江蘇石墨烯復合材料商家氧化石墨烯應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。
氧化石墨烯與聚合物復合材料的制備可以追溯到上個世紀。在這些復合材料中,氧化石墨通常是在水溶液中超聲剝離,盡管在當時單層的氧化石墨烯并沒有被明確的指出,但是科學家發現這種超聲剝離后的片層非常薄,厚度在1.8~2.8nm之間,說明得到的氧化石墨烯不超過3層[59,60]。直到2006年,Rouff等人證明了單層氧化石墨烯并制備了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯復合材料之后[61],利用氧化石墨烯制備復合材料的研究才真正開始受到***的重視。。
石墨烯表面呈惰性,不含任何活性基團,所以與聚合物基體之間的作用力非常小,同時對加工處理也造成了一定的困難。而氧化石墨烯表面由于大量的親水基團,因此與大多數非水溶性的聚合物也會發生不相容的情況。因此,對石墨烯以及氧化石墨烯進行表面改性是制備聚合物/石墨烯復合材料過程中經常會采用的一個步驟。由于氧化石墨烯表面含有豐富的羧基、羥基以及環氧等基團,可以通過多種化學反應以這些活性基團為反應點對石墨烯進行改性,因此利用氧化石墨烯為前驅體制備共價改性石墨烯是目前**常用的一種方法。氧化石墨烯分散液為棕黑色溶液。
目前的負極材料中,硅被認為是相當有有潛力的負極材料之一,因為它在自然界中含量多,還具有低的嵌鋰電位和很高的理論比容量。存在的問題是在鋰離子脫嵌過程中,硅的體積變化比較明顯,使得材料與負極集流體之間粘結性變差,造成電池循環性能的大幅度下降。同時硅還會在電池循環過程中出現團聚現象,引起電池容量的迅速下降。將硅材料和石墨烯進行復合,石墨烯可以抑制硅材料在充放電過程中的團聚,減緩硅材料的體積變化,從而提高電池的容量和循環性能。此外,石墨烯有助于電解液的浸潤,從而提高電池的性能。He等通過噴霧干燥法制備了一種高性能的石墨烯/硅復合材料(圖6.1),將氧化石墨烯與納米硅超聲混合,通過噴霧干燥后在700℃下進行煅燒得到復合材料,在200 mA g-1 的電流密度下充放電30次后,容量仍可達到1502 mAh g-1,其容量保持率為98%,說明該石墨烯/硅復合材料具有良好的循環性能氧化石墨烯分散液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。上海導電石墨烯復合材料使用方法
利用氧化石墨烯制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。江蘇石墨烯復合材料商家
聚合物太陽能電池常采用氧化銦錫(ITO)作為透明導電電極。其中ITO成本較高,機械穩定性較差,即使在很小的外界機械應力作用下ITO膜也易產生微裂紋導致膜電阻增加,從而使光電器件的性能下降。石墨烯優異的光學性能和機械強度及韌性,使其在柔性光伏器件的透明電極中具有更好應用潛力[97]。Xu等[98]將氧化石墨烯溶液旋涂成膜,然后在700 ℃下用肼蒸汽還原,所得石墨烯薄膜的薄層電阻為1.79×104 Ω/sq,電導率為22.3 S/cm,將其在有機光伏電池中(OPVs)作為透明電極,所得器件的功率轉換效率為0.13%。這種方法制備得到的石墨烯薄膜不僅可以用于有機光伏電池,還可以用于其他光學器件,例如平板顯示器等。Zhang等[99]對氧化石墨烯進行950 ℃熱還原,再使用標準工業光刻以及O2等離子體蝕刻工藝對還原的石墨烯薄膜進行精確可控地刻蝕,制備了石墨烯網狀透明電極(GME),提高了電極的透光率。江蘇石墨烯復合材料商家