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。氧化石墨烯還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。制造石墨烯復合材料粉體
當前,石墨烯材料研究領域真正的挑戰是如何低成本、大批量地生產高質量的石墨烯薄層,從而進行大規模應用.石墨烯材料的制備思路可分為自上而下從石墨或碳納米管剝離得到石墨烯與自下而上地用分子合成石墨稀兩種(圖1)[23].前者以石墨稀和碳納米管為原料通過機械剝離法、液相剝離法、氧化還原法等方法將石墨片層從石墨中剝離出來,后者通過含碳化合物以化學氣相沉積和有機合成等途徑來合成石墨烯。機械剝離法直接從石墨出發,通過一定的機械力將石墨片層剝離,可以制備得到缺陷較少的石墨烯材料.Geim小組就是通過“撕膠帶”的機械剝離法***制備出了單層石墨烯.石墨烯復合材料類型氧化石墨還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。
用油胺與十八胺對GO進行改性,然后將其與丁苯橡膠(SBR)溶液混合均勻,然后共凝聚制得改性GO-SBR復合材料。無論在玻璃態和橡膠態,改性的GO-SBR與純GO-SBR相比儲能模量均大幅提高;25°C時,7 wt.%油胺改性GO和7 wt.%十八胺改性GO分別使橡膠儲能模量提高了67%和39%。這其中主要的原因是胺基改性的GO相比于純GO在SBR中分散性更好,且與橡膠界面作用更強。兩種胺之間的性能區別主要是油胺含有雙鍵,在硫化過程中可以與橡膠交聯,從而進一步提高橡膠性能43。同樣的現象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡膠(VPR)中也被觀察到。在VPR中添加3.6 vol.%的胺基改性GO,可以使復合材料的玻璃態模量提高21倍,橡膠態模量提高7.5倍,拉伸強度提高3.5倍
材料的結晶無疑與材料的性能和應用息息相關65。將氧化石墨烯與結晶材料復合,進而進行材料結晶過程的定向調整,可以實現材料性能的有效提升66。例如通過差熱法研究發現,氧化石墨烯的負載量在不斷的提升的同時,聚合物類氧化石墨烯的結晶現象也得到了有效的緩解。隨著溫度的不斷降低,與原材料相比,氧化石墨烯聚合物復合材料的結晶速度變得緩慢。與此同時,材料的基本結構并沒有隨著溫度的降低而發生明顯的改變。由此可見,一些氧化石墨烯聚合物復合材料可以被應用于各種低溫環境當中,實現耐低溫材料的更加廣泛的應用。可用于注射和擠出成型制件,尤其適用于煤炭、礦井以及石油天然氣運輸等領域的管材制件。
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。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。山西石墨烯復合材料價格
高導電石墨烯銅復合材料又稱為超級銅。制造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。制造石墨烯復合材料粉體