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新能源技术-液相剥离石墨制备石墨烯
  • 发布日期:2018-08-31      浏览次数:280
    • 液相剥离法可以将石墨分散到特定的溶剂或表面活性剂中,通过超声波的能量将单层或多层石墨稀从石墨表面直接剥离,得到石墨烯分散液,保持了石墨烯完整的形貌和性能,可在多种环境和不同的基体上沉积石墨烯。该法使用廉价的石墨为原料,工艺简单,对石墨烯及其衍生物的推广和应有具有重要的推动作用。迄今为止,石墨烯的合成制备方法主要分为两种,一种是“自上而下”的合成方法,如化学氧化还原法等;另一种是“自下而上”的合成方法,如化学气相沉淀法等。每种方法都有各自的优点和缺点,如化学氧化还原法虽可实现宏量制备,但由于氧化引起的缺陷无法完全恢复,影响其导电性能。化学气相沉淀法制备的石墨烯质量较高,但条件比较苛刻,成本较高,不适合规模化生产。

      液相剥离法可以将石墨分散到特定的溶剂或表面活性剂中,通过超声波的能量将单层或多层石墨稀从石墨表面直接剥离,得到石墨烯分散液,保持了石墨烯完整的形貌和性能,可在多种环境和不同的基体上沉积石墨烯。该法使用廉价的石墨为原料,工艺简单,对石墨烯及其衍生物的推广和应有具有重要的推动作用。

      1 液相剥离机理

      石墨可以看做是石墨烯层状结构通过范德华力相互粘结起来的,层间距大约为0.34nm。虽然相邻层间的范德华吸引力较弱,但足以使石墨完整剥离成单层石墨烯具有挑战性。通过物理和化学辅助手段克服层间的范德华力,从而使石墨剥离得到石墨烯。

       

      2 超临界流体剥离

      超临界液体剥离石墨烯速率较快,用于超临界液体剥离石墨制备石墨烯是超临界CO2,但是AFM表明所得石墨烯多数为10层。

      利用NMP、二甲基甲酰胺、乙醇等有机溶剂的超临界液体来剥离石墨烯,得到更好的剥离效果。石墨烯分散液的浓度在2-4mg/mL之间,其中90%-95%石墨烯片层材料< 8层,6%~10%为单层石墨烯。在表面活性剂芘-1-盐的辅助作用下,单层石墨烯的含量可提高到60%。

      这种方法工艺比较简单、剥离速率快,不需要后续复杂的处理过程,适宜规模化生产。

      3 小结

      石墨烯及其复合材料的许多应用依赖于石墨烯的宏量可控制备。液相剥离的石墨是一种潜在量化生产高质量石墨烯的方法。有机溶剂辅助剥离和表面活性剂辅助剥离主要依靠使用适当的溶剂或表面活性剂剥离和分散石墨烯。为了提高石墨烯产量和剥离的程度,科学工作者付出了很多努力,但是单层石墨烯的产量依然相对较低。因此,针对不同的应用开发更有效的剥离体系或新剥离方法实现宏量可控制备高质量的石墨烯仍至关重要。

       

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