石墨烯***發現是用膠帶一層層粘下來的。石墨烯的發現可以追溯到2004年,由英國曼徹斯特大學的安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫以及荷蘭的斯圖爾特·帕克共同發現。教授的發現源于對石墨材料進行的實驗。教授們采用了一種特殊的方法,使用膠帶將石墨片層層撕離,**終得到了非常薄的一層石墨片。通過對這層石墨片的觀察和研究,教授們發現這個材料具有非常特殊的性質。石墨烯是一種只有一個原子層厚度的二維碳材料,由碳原子以六角晶格結構排列組成。它具有一些非常獨特的性質,比如極高的電導率、優異的熱導率、強度高、柔韌性好等。這些特性使得石墨烯成為研究領域中的熱門材料,并在納米科技、電子學、能源存儲等眾多領域展現出巨大的潛力。蓋姆、諾沃肖洛夫和帕克因為對石墨烯的發現和研究做出的貢獻,于2010年被授予了諾貝爾物理學獎。教授們的工作奠定了石墨烯研究的基礎,并為未來的石墨烯應用開發打下了堅實的基礎。石墨烯導熱性能優異,可制備導熱復合材料、散熱涂料等。河北生產氧化石墨烯導熱
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。標準氧化石墨烯項目氧化石墨烯分散液(SE3122、SE3522)。
由于石墨烯三維網絡具有巨大的比表面積和獨特的光電特性,基于石墨烯的材料已被用于各種傳感設備的構造。俞書宏教授團隊[38]制備了RGO/聚氨酯(PU)海綿傳感器,其電阻變化依賴于在壓縮變形過程中導電納米纖維之間接觸程度的改變。測試表明,該壓力傳感器可以檢測低至9Pa的壓力,當壓力到達45Pa時能夠提供清晰的輸出信號,具有非常高的靈敏性,并且可以在1萬次循環測試中輸出可重復的信號。基于RGO/PU海綿壓力傳感器具有高靈敏度、長循環壽命和可大規模制造的特點,使其有希望成為制造低成本人造皮膚的理想選擇。
在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業化生產過程中,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。研發了深度還原技術,并通過自主開發的還原設備,將石墨烯微片碳的質量分數提高到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。利用氧化石墨制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。
氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物,其顏色為棕黃色,市面上常見的產品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。因經氧化后,其上含氧官能團增多而使性質較石墨烯更加活潑,可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物,氧化石墨烯是單一的原子層,可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米。因此,其結構跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統型態的軟性材料,具有聚合物、膠體、薄膜,以及兩性分子的特性。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質,因為其在水中具有優越的分散性,但是,相關實驗結果顯示,氧化石墨烯實際上具有兩親性,從石墨烯薄片邊緣到**呈現親水至疏水的性質分布。因此,氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面,并降低界面間的能量。其親水性被***認知。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。河北氧化石墨烯粉體
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。河北生產氧化石墨烯導熱
自碳納米管(CNTs)在1991年被Iijima報道以來[10],這種具有一維納米尺寸的管狀碳材料以其獨特的力學、電學、熱學及光學特性,在電極材料、醫學、儲氫裝置和催化劑等諸多領域[11~13]得到了廣泛的應用。鋰離子電池領域是碳納米管相當有潛力的應用方向之一。首先,碳納米管自身就是一種***的鋰離子電池負極材料;其次,碳納米管尤其是使用化學氣相沉積技術制備的定向生長的三維碳納米管陣列具備優異的機械強度,并且由于其獨特的彈道電子傳導效應及抗電遷移能力,其電導率可高達105S/m[14]。將其作為三維導電結構或導電添加劑加入到其他電極材料之中,不但可提高復合電極的電子與離子傳輸能力,還可***增強電極的機械性能。河北生產氧化石墨烯導熱