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(chǎn)品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。因經(jīng)氧化后,其上含氧官能團增多而使性質(zhì)較石墨烯更加活潑,可經(jīng)由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質(zhì)。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學氧化及剝離后的產(chǎn)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(shù)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(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。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質(zhì),因為其在水中具有優(yōu)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(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)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。氧化石墨烯粉體只有第六元素具備規(guī)?;a(chǎn)能。官能化氧化石墨烯材料
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。官能化氧化石墨烯材料可應用于電機、變壓器、電力電纜、電氣柜、新能源汽車、風力發(fā)電、電觸頭材料等領域。
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(yī)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(yōu)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?qū)щ娞砑觿┘尤氲狡渌姌O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。
隨著電子設備的功率密度越來越高,其熱管理己成為至關重要的問題。近年來,由于具有優(yōu)異的導熱性和良好的機械強度,石墨烯薄膜被認為是用于電子器件中散熱材料(HDM)、熱界面材料(TIM)的理想選擇。0〇1^[5(^等人提出了一種改進的輥涂方法制備石墨薄膜,然后通過機械壓制、石墨化處理得到了大尺寸、高密度的高導熱石墨烯薄膜,由于具有高度有序、逐層堆疊的微觀結構以及幾乎沒有面內(nèi)缺陷的石墨烯片,其面內(nèi)導熱率比較高可達826.0Wnr1K4,并具有良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的柔韌性。由于其優(yōu)異的性能,這種石墨烯薄膜在LED封裝中表現(xiàn)出出色的熱管理能力,并且能夠在高溫環(huán)境下工作,具有良好的應用前景。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學氧化及剝離后的產(chǎn)物。
在聲學領域,利用石墨烯材料極低的質(zhì)量密度、極薄的厚度以及極高的機械強度的優(yōu)異特性,其可作為振膜應用于發(fā)聲器件中,可獲得優(yōu)異的頻譜特性。第六元素研發(fā)的石墨烯振膜,經(jīng)過客戶測試,該石墨烯發(fā)聲器件具有非常好的頻譜特性,保真度高。溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中,形成低濃度的分散液,利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力,此時溶劑可以插入石墨層間,進行層層剝離,制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構,可以制備高質(zhì)量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率比較高(大約為8%),電導率為6500S/m。研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯,整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷,為其在微電子學、多功能復合材料等領域的應用提供了廣闊的應用前景。缺點是產(chǎn)率很低。石墨烯型號為SE1231、SE1232、SE1233、SE1234。過濾氧化石墨烯改性
氧化石墨烯分散液(SE3122、SE3522)。官能化氧化石墨烯材料
氧化石墨烯的性能:(1)含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度;(2)易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、***抑菌等性能;(3)易于剝離成穩(wěn)定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。氧化石墨烯的應用領域:應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域,還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。氧化石墨烯分散液的性能:(1)含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團;(2)易于接枝改性,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;(3)SE3122在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產(chǎn)品經(jīng)輕微攪拌就可與水相互溶;氧化石墨烯分散液的應用領域: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。官能化氧化石墨烯材料