氧化石墨烯材料

當(dāng)今世界面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境與能源挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)能源如煤、石油的不斷消耗以及環(huán)境的日益惡化嚴(yán)重影響了人類的日常生活以及社會(huì)的正常發(fā)展。因而開發(fā)更為高效與環(huán)境友好的能源設(shè)備越來越得到人們的強(qiáng)烈關(guān)注。為**的初代鋰離子二次電池以其在能量密度與操作電壓上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鉛酸與鎳鎘電池的優(yōu)勢，迅速應(yīng)用于便攜電子設(shè)備電池市場。其后，隨著具有環(huán)境友好、成本低廉、循環(huán)性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢的以磷酸鐵鋰為**的正極材料的報(bào)道［6，7］，鋰離子二次電池的應(yīng)用也擴(kuò)展到混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車領(lǐng)域。然而目前鋰離子電池電極材料還存在著諸多問題，如較低的電子電導(dǎo)率與鋰離子遷移效率、嵌脫鋰過程中巨大的體積變化、電極材料與電解液的副反應(yīng)造成的容量損失以及活性物質(zhì)不可逆的結(jié)構(gòu)變化制約材料的循環(huán)穩(wěn)定性等。另外，由于目前常用的鋰離子電池正極材料固有的理論容量限制，實(shí)際應(yīng)用的鋰離子電池的比能量密度很難突破250Wh/kg［8］，因而難以滿足其在高比能量電池領(lǐng)域的長遠(yuǎn)發(fā)展。在這種背景下，鋰硫電池作為一種新的電化學(xué)儲能體系，以其超高的理論能量密度(2600Wh/kg)以及單質(zhì)硫儲量豐富、環(huán)境友好的特點(diǎn)，成為高比能二次電池的研究熱點(diǎn)。石墨烯防腐漿料中分散有少層石墨烯，且具有較高的穩(wěn)定性。氧化石墨烯材料

石墨烯***發(fā)現(xiàn)是用膠帶一層層粘下來的。石墨烯的發(fā)現(xiàn)可以追溯到2004年，由英國曼徹斯特大學(xué)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(fā)現(xiàn)。教授的發(fā)現(xiàn)源于對石墨材料進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。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(fā)現(xiàn)這個(gè)材料具有非常特殊的性質(zhì)。石墨烯是一種只有一個(gè)原子層厚度的二維碳材料，由碳原子以六角晶格結(jié)構(gòu)排列組成。它具有一些非常獨(dú)特的性質(zhì)，比如極高的電導(dǎo)率、優(yōu)異的熱導(dǎo)率、強(qiáng)度高、柔韌性好等。這些特性使得石墨烯成為研究領(lǐng)域中的熱門材料，并在納米科技、電子學(xué)、能源存儲等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。蓋姆、諾沃肖洛夫和帕克因?yàn)閷κ┑陌l(fā)現(xiàn)和研究做出的貢獻(xiàn)，于2010年被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。教授們的工作奠定了石墨烯研究的基礎(chǔ)，并為未來的石墨烯應(yīng)用開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。氧化石墨烯材料氧化石墨烯單片上隨機(jī)分布著羥基和環(huán)氧基、羧基和羰基。

除了可以將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能存儲之外，石墨烯相變材料也可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能存儲。Ｗａｎｇ［６５］等人通過冰模板法制備了石墨烯納米片（ＧＮＰ）氣凝膠，然后與石蠟復(fù)合得到相變復(fù)合材料，具有高導(dǎo)熱性、較好的形狀穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，當(dāng)ＧＮＰ含量為４．１ｗｔ％時(shí)熱導(dǎo)率可達(dá)到１．４２Ｗｍ－１１Ｃ１。此外，當(dāng)電壓為５Ｖ時(shí)，流經(jīng)樣品的電流約為１．１８Ａ，此時(shí)溫度迅速升高，證實(shí)了其出色的電熱轉(zhuǎn)換能力。Ｌｉ［６６】等人將氣相擴(kuò)散法和溶膠－凝膠法相結(jié)合，通過超臨界Ｃ０２干燥和熱退火過程，制備了具有各向異性網(wǎng)絡(luò)的三維石墨烯氣凝膠，導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率分別高達(dá)１．７１士０．２Ｗｎｒ１１Ｃ１和３４１．３Ｓｎｒ１。其相變復(fù)合材料在施加１？３Ｖ的電壓時(shí)，電－熱轉(zhuǎn)換效率比較高可以達(dá)到８５％。這項(xiàng)工作能夠?yàn)殚_發(fā)智能的電－熱轉(zhuǎn)換及存儲系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)，并證明了石墨烯相變復(fù)合材料在電子設(shè)備、太陽能存儲利用、熱管理系統(tǒng)等領(lǐng)域具備的潛力。

石墨是由大量碳原子組成的六角環(huán)形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多層疊合體，因?qū)訂柦Y(jié)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(jié)構(gòu)即為石墨烯。20世紀(jì)3O年代，Landau和Peierls等ll提出二維晶體是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，在常溫常壓下易分解。因此，傳統(tǒng)理論認(rèn)為石墨烯只是一個(gè)理論結(jié)構(gòu)，實(shí)際中無法單獨(dú)存在。直到2004年，英國科學(xué)家Geim等打破了“二維晶體無法在非***零度穩(wěn)定存在”的認(rèn)知，采用微機(jī)械剝離法在高定向熱解石墨(HoPG)上反復(fù)剝離，**終成功制備并觀察到單層石墨烯。石墨烯含有豐富的官能團(tuán)，易于分散。

石墨經(jīng)過氧化處理后得到氧化石墨，氧化石墨仍保持石墨的層狀結(jié)構(gòu)，但在每一層的石墨烯單片上引入了許多氧基功能團(tuán)。這些氧基功能團(tuán)的引入使得單一的石墨烯結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。鑒于氧化石墨烯在石墨烯材料領(lǐng)域中的地位，許多科學(xué)家試圖對氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)和準(zhǔn)確的描述，以便有利于石墨烯材料的進(jìn)一步研究，雖然已經(jīng)利用了計(jì)算機(jī)模擬、拉曼光譜，核磁共振等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但由于種種原因(不同的制備方法，實(shí)驗(yàn)條件的差異以及不同的石墨來源對氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)都有一定的影響)，氧化石墨烯的精確結(jié)構(gòu)還無法得到確定。大家普遍接受的結(jié)構(gòu)模型是在氧化石墨烯單片上隨機(jī)分布著羥基和環(huán)氧基，而在單片的邊緣則引入了羧基和羰基。**近的理論分析表明氧化石墨烯的表面官能團(tuán)并不是隨機(jī)分布，而是具有高度的相關(guān)性。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(chǎn)品經(jīng)輕微攪拌就可與水相互溶。氧化石墨烯材料

玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料顏色、性能可根據(jù)客戶需求定制。氧化石墨烯材料

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(yù)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(diào)節(jié)噴霧持續(xù)時(shí)間和分散液濃度來精確地控制ＧＯ片的厚度及密度，進(jìn)一步還原后所得到的石墨烯薄膜可作為Ｐ型半導(dǎo)體，并表現(xiàn)出良好的場效應(yīng)響應(yīng)。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(jié)合，經(jīng)過機(jī)械壓實(shí)和２２００°Ｃ高溫處理后得到***石墨烯薄膜，熱導(dǎo)率比較高可達(dá)１４３４Ｗｎｒ１Ｋ－１，并且可實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)。Ｂａｏ［４］等人將ＧＯ分散液沉積在強(qiáng)氧化劑處理過的玻璃基材表面，并使基材分別以５００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ和１６００ｒｐｍ的速度旋轉(zhuǎn)３０ｓ，***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〇３ｎｎｒ２范圍之間，透光率高達(dá)８０％，在透明導(dǎo)體方向有著良好的應(yīng)用前景。氧化石墨烯材料