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改性氧化石墨烯復合材料

來源: 發(fā)布時間:2025-06-12

在聲學領(lǐng)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(jié)構(gòu),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(lǐng)域的應用提供了廣闊的應用前景。缺點是產(chǎn)率很低。利用氧化石墨制備的石墨烯導熱膜,導熱系數(shù)高。改性氧化石墨烯復合材料

改性氧化石墨烯復合材料,氧化石墨烯

石墨烯宏觀體材料的形狀可通過改變不同的制備方法、反應基底及反應容器等對其進行調(diào)控,但其微觀結(jié)構(gòu)的可控性和重復性差。具有相同宏觀形貌的石墨烯相關(guān)理化性能也不盡相同,甚至相差很大。因此,對于實現(xiàn)宏觀體石墨烯材料微觀結(jié)構(gòu)的控制是今后研究的一個難點。當前制備石墨烯宏觀體材料大部分都是以氧化石墨、氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯等石墨烯氧化物為原料,但這些石墨烯氧化物在電學性能和力學性能等方面都略有減弱,制備出來的石墨烯宏觀體材料的結(jié)構(gòu)性能也就與理論研究結(jié)果差距較大,因而對石墨烯宏觀體制備原料的開發(fā)以及結(jié)構(gòu)性能的提高是至關(guān)重要的。盡管石墨烯宏觀體材料較大的比表面積和良好的電學性能可應用于環(huán)境治理和電子器件等領(lǐng)域,但石墨烯良好的透光和導熱性能仍待進一步的研究應用。改性氧化石墨烯復合材料石墨烯抗靜電阻燃復合材料高氧指數(shù),以及良好的流動性與力學性能。

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石墨烯薄膜具有優(yōu)異的面內(nèi)熱導率和良好的柔鈿性,因此經(jīng)常在可穿戴設備、電子設備等領(lǐng)域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊[78]通過等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁,得到的納米壁具有獨特的結(jié)構(gòu)和出色的熱導率。在輸入電流為350mA的情況下,基于石墨烯納米壁組裝的LED在光輸出功率方面提高了37%左右,而溫度卻降低了3.8%,說明石墨烯納米壁可用作LED應用中增強散熱的良好材料。Kim[79]等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液,然后通過真空抽濾得到10pm厚的超薄氟化石墨烯薄膜(EGF),顯示出242Wm-1K-1的優(yōu)異面內(nèi)熱導率。Guo_等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優(yōu)異的導熱性能,在施加3.2V電壓時,薄膜可以在6s內(nèi)從室溫快速升溫至45°C。而去除外加電壓后,石墨烯薄膜可在5s內(nèi)迅速冷卻至室溫,實驗結(jié)果顯示其既具有快速的電加熱響應,又具有高效的散熱能力。

在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)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?qū)щ?、隔熱或?qū)岬确矫娴奶厥庖?。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(diào)控氧化石墨烯的結(jié)構(gòu),降低氧化程度,降低難分解的芳香族官能團,如內(nèi)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(diào)控氧化條件,減少面內(nèi)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(nèi)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(shù),并通過自主開發(fā)的還原設備,將石墨烯微片碳的質(zhì)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。利用氧化石墨烯制備的石墨烯導熱膜,導熱系數(shù)高。

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真空抽濾法是一種制備石墨烯薄膜的**常見方法。由于氧化石墨烯的片層含有大量羧基、羰基等親水性含氧官能團,并且片層間具有靜電相互作用不容易團聚,因此在不借助分散劑的情況下也能在水溶液中分散均勻,從而形成穩(wěn)定的分散液,非常有利于真空抽濾過程中片層的緊密排列[43,44]。Liu[45】等人采用真空抽濾法制備了具有有序排列結(jié)構(gòu)和高密度的GO/PDA復合膜。在GO/PDA復合膜中,GO的含氧官能團與PDA的胺基之間存在氫鍵相互作用,并且PDA對GO具有還原的作用。在經(jīng)過3000°C高溫處理之后,PDA被轉(zhuǎn)化為具有***石墨晶體結(jié)構(gòu)的CPDA納米顆粒(CPDANPs),對石墨烯片層起到了增強的作用,從而使復合膜的拉伸強度、電導率和熱導率氧化石墨烯可以應用于鋰離子電池。福建氧化石墨烯改性

氧化石墨是多層、未剝離的氧化石墨烯。改性氧化石墨烯復合材料

單層石墨烯在室溫下的熱導率超過5000Wnr1IC1,因此被作為用于熱管理系統(tǒng)中的理想熱管理材料。近年來,人們發(fā)現(xiàn)取向三維石墨烯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)能夠為熱量傳遞提供有效路徑,因此在散熱材料和相變材料領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。劉忠范院士團隊[39]合成了用作熱管理材料的石墨烯氣凝膠/十八烷酸相變復合材料,在填充含量為20vol%時熱導率約為2.635Wm-1K-1,且其垂直分布的石墨烯納米片提供了更大的光吸收及熱交換面積,顯著提高了太陽能的光-熱轉(zhuǎn)換及存儲效率,遠遠優(yōu)于其他傳統(tǒng)的光-熱轉(zhuǎn)換材料。改性氧化石墨烯復合材料