利用石墨烯的納米效應,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜也是石墨烯應用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復合膜散熱片,結果表明其熱導率達到977W/(m·K),其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環(huán)薄膜,其熱導率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,其熱導率達530~810W/(m·K)。可見,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜,復合薄膜的氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產品經(jīng)輕微攪拌就可與水相互溶。浙江生產氧化石墨烯導熱
在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業(yè)化生產過程中,得到的石墨烯微片富含多種含氧官能團。由于石墨烯片層上的這些缺陷,在一些情況下,石墨烯微片無法滿足某些復合材料在抗靜電或導電、隔熱或導熱等方面的特殊要求。為了修復石墨烯片層上的缺陷,提高石墨烯微片的碳含量和在導電、導熱等方面的性能。通過調控氧化石墨烯的結構,降低氧化程度,降低難分解的芳香族官能團,如內酯、酮羰基、羧基等官能團的含量,從而增加后續(xù)官能團分解的效率和降低分解溫度。調控氧化條件,減少面內大面積反應。該減少缺陷的方案,有助于提升還原效率,減少面內難以修復的孔洞,使碳原子排布更密集,進一步減少修復段的勢壘,將能量用于增加碳原子離域尺寸,提升晶元大線,從而提升還原石墨烯的本征導電性。研發(fā)了深度還原技術,并通過自主開發(fā)的還原設備,將石墨烯微片碳的質量分數(shù)提高到90%以上;且粉末電導率相比還原前提升20倍,達到了4000S/m以上。 無污染氧化石墨烯導熱常州第六元素制備石墨烯的方法簡單易行、環(huán)境友好。
石墨是由大量碳原子組成的六角環(huán)形網(wǎng)狀結構的多層疊合體,因層問結合能只有5.4kJ/tool,故在一定的外力作用下易被剝離,而剝離出的石墨單層結構即為石墨烯。20世紀3O年代,Landau和Peierls等ll提出二維晶體是熱力學不穩(wěn)定的,在常溫常壓下易分解。因此,傳統(tǒng)理論認為石墨烯只是一個理論結構,實際中無法單獨存在。直到2004年,英國科學家Geim等打破了“二維晶體無法在非***零度穩(wěn)定存在”的認知,采用微機械剝離法在高定向熱解石墨(HoPG)上反復剝離,**終成功制備并觀察到單層石墨烯。
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(guī)?;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(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(yōu)勢,取長補短,解決石墨烯的難溶解性和不穩(wěn)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。 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。
近年來,石墨烯薄膜因其高電導率和輕巧柔鈿的特性而受到越來越多的關注。石高全教授課題組[51]通過蒸發(fā)誘導自組裝法對引入少量纖維素納米晶體(CNC)的氧化石墨分散液進行干燥處理,然后使氫碘酸對得到的薄膜化學還原,其中,CNC能夠誘導石墨烯片上形成皺紋,使其機械性能得到了進一步增強。測試結果表明,這種薄膜具有拉伸強度比較高可達800MPa,且斷裂伸長率、初性和電導率分別達到6.22±0.19%、15.6412.20MJm_3、1105±17Scm-1,遠遠髙于其他文獻中報道的性能。Cher^M等人通過在單層石墨烯上沉積金膜制備了GO/Au復合電極,在沉積金膜的厚度為7nm時,復合膜在520nm波長處具有24.6Qm_2的**電阻和74.6%的高透射率。為了更直觀地分析其電學性能,Chen等人組裝了基于GO/Au復合電極的超級電容器,測試發(fā)現(xiàn),與基于單層石墨烯的超級電容器相比,其電容提高了17倍,并且表現(xiàn)出良好的機械穩(wěn)定性,證明了石墨烯復合膜在柔性電子領域具有巨大的應潛力。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料,具有聚合物、膠體、薄膜,以及兩性分子的特性。浙江生產氧化石墨烯導熱
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。浙江生產氧化石墨烯導熱
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(fā)后得到石墨烯薄膜。在噴涂過程中,可通過調節(jié)噴霧持續(xù)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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,***在100°C烘箱中干燥得到超薄石墨烯薄膜,其電阻可降低至1〇2?l〇3nnr2范圍之間,透光率高達80%,在透明導體方向有著良好的應用前景。 浙江生產氧化石墨烯導熱