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。常州第六元素擁有石墨烯微片的缺陷修復/比表面可控技術。上海導熱石墨烯復合材料圖片
數量的上升,防腐蝕的重要性也越來越突出。據相關統計數據顯示,在世界范圍內每年因為腐蝕造成的經濟損失在7000億美元以上,我國每年因為腐蝕帶來的經濟損失也在8000億元人民幣以上。由此可以看出防腐蝕的重要性。而石墨烯作為一種新型的材料,在防腐蝕性能上表現較為優異,也常常被用作防腐橡膠。當前較為常見的應用是在環氧防腐橡膠中添加適量的石墨烯,制作成為一種新的防腐橡膠。其表現出來的性能不僅具有傳統環氧防腐橡膠中的陰極保護作用,而且在耐水性、耐硬度等方面更高,使得**終表現出來的防腐蝕性能遠超出傳統的防腐橡膠。石墨烯復合材料常見問題氧化石墨易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。
隨著工業生產和科學技術的發展,人們對導電材料提出了更新、更高的要求。目前,導電高分子材料的研究主要集中在碳系導電填料填充熱塑性基體類上,而石墨烯[1](GNS)作為一種新型的單原子層碳材料,因其獨特的結構對改善聚合物的力學性能、電性能和熱性能等具有很大的潛力。GNS的制備方法主要有:化學氣相沉積法[2,3]、外延生長法[4]和氧化還原法[5]等。相比而言,氧化還原法具有成本低、產率高等特點,有望成為規模化制備GNS的有效途徑之一。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有極好的耐磨性,良好的耐低溫沖擊性和自潤滑性。本文采用溶液混合、超聲分散的方法制備了GNS/UHMWPE復合材料,發現GNS能均勻地分散到UHMWPE基體中;同時研究了GNS/UHMWPE復合材料的室溫導電行為和阻-溫特性。
隨著我國經濟的發展以及對于基礎建設的大力推進,**、易施工、價廉的混凝土的用量日益增加,然而由于混凝土基體內部存在微裂縫和孔隙的缺陷,導致混凝土容易遭受一些腐蝕介質如氯鹽、硫酸鹽等的侵蝕,從而使混凝土構件的服役壽命縮短。利用納米材料來提高混凝土結構的耐久性能已成為目前研究的重要內容。Wang95等研究發現當GO的添加量為0.02wt.%時,可使水泥基復合材料的28天抗壓和抗折強度分別提高40.4%和90.5%,水泥基材料在3d齡期的放熱量及放熱速率下降50%,這在很大程度上減少了由于水泥水化熱的作用導致溫度應力而出現裂縫。可見GO的添加既能夠增強水泥基的力學強度,又能夠減小外界腐蝕因子對水泥的侵蝕,從而提高了水泥的耐久性能。導熱型石墨烯,外觀為黑色粉末。
由于氧化石墨烯上的含氧基團,可以在特定條件下去除而部分恢復石墨烯的一些本征的性質如導電性,因此,目前對于氧化石墨烯的應用,主要是作為制備石墨烯以及石墨烯基復合材料的前驅體,用氧化石墨烯作為制備石墨烯前驅體的研究將在下個小節中重點介紹。實際上,由于氧化石墨烯本身所具有的一些吸引人的性質,如二維納米結構、活性的表面基團、高比表面積、良好的力學性能等,氧化石墨烯也被***用于一些復合材料以及功能材料。中。。石墨烯導熱性能優異,可制備導熱復合材料、散熱涂料等。上海導熱石墨烯復合材料圖片
高導電石墨烯銅復合材料的電導率可以達到108-118 % IACS,高于單晶銅和銀的電導率。上海導熱石墨烯復合材料圖片
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200mAg-1的電流密度下充放電30次后,容量仍可達到1502mAhg-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上海導熱石墨烯復合材料圖片