自碳纳米管(CNTs)在1991年被Iijima报道以来[10],这种具有一维纳米尺寸的管状碳材料以其独特的力学、电学、热学及光学特性,在电极材料、医学、储氢装置和催化剂等诸多领域[11~13]得到了广泛的应用。锂离子电池领域是碳纳米管相当有潜力的应用方向之一。首先,碳纳米管自身就是一种***的锂离子电池负极材料;其次,碳纳米管尤其是使用化学气相沉积技术制备的定向生长的三维碳纳米管阵列具备优异的机械强度,并且由于其独特的弹道电子传导效应及抗电迁移能力,其电导率可高达105S/m[14]。将其作为三维导电结构或导电添加剂加入到其他电极材料之中,不但可提高复合电极的电子与离子传输能力,还可***增强电极的机械性能。氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。生产氧化石墨烯研发
氧化石墨烯成膜过程中因氧化石墨烯片层以交错的方式堆叠在一起,会形成纳米通道,因而可作为分子筛。Li等[6和Joshi等|_6]研究发现氧化石墨烯膜具有一定的选择渗透性,能使水化离子半径小的离子及直径小于纳米通道孔径的气体分子通过,从而实现分子之间的分离。另外,氧化石墨烯膜还能吸附有机染料,可应用于污水处理、盐水淡化和油水分离等领域_6。Wang等l_7o]研究发现多孔纳米聚丙烯腈纤维支撑基底的氧化石墨烯膜能完全过滤水中的刚果红,且对无机盐NaSO的阻滞率达56.7。Chen等_7将氧化石墨烯和碳纳米管复合制备了还原氧化石墨烯一CNT复合滤膜,发现复合滤膜渗透率高达20~3OL·m·h·bar~,且对水中甲基橙阻滞率达97.3,对其他物质的阻滞率达99%。黑龙江生产氧化石墨烯生产氧化石墨是多层、未剥离的氧化石墨烯。
石墨是由大量碳原子组成的六角环形网状结构的多层叠合体,因层问结合能只有5.4kJ/tool,故在一定的外力作用下易被剥离,而剥离出的石墨单层结构即为石墨烯。20世纪3O年代,Landau和Peierls等ll提出二维晶体是热力学不稳定的,在常温常压下易分解。因此,传统理论认为石墨烯只是一个理论结构,实际中无法单独存在。直到2004年,英国科学家Geim等打破了“二维晶体无法在非***零度稳定存在”的认知,采用微机械剥离法在高定向热解石墨(HoPG)上反复剥离,**终成功制备并观察到单层石墨烯。
智能手机、平板电脑等便携式设备的普及为人们的生活带来了极大的便利。但是,其中的高速处理器等电子组件会产生不良的电磁能量,这不仅会损害电子组件自身的使用寿命、干扰其他组件的功能,还会对人体健康带来危害。石墨烯薄膜具有优异的电学性能及热学性能,被认为是相当有发展前景的超薄电磁屏蔽材料。郑**教授团队[56]通过蒸发自组装法制备了大面积GO薄膜。经过石墨化处理后,所得石墨烯薄膜具有出色的性能,其电磁屏蔽性能和面内热导率分别可达20dB、1100WFengW等人通过叠层热压技术成功制备了含有石墨烯纳米片(GNP)和Ni纳米链的复合膜(HAMS)。通过将Ni纳米链和GNP选择性地分布在不同的层中,其比较好电导率、屏蔽效果和面内热导率分别可以达到76.8Sm'51.4dB和8.96WH1-1K-1。石墨烯浆料稳定性较好,加入活性材料易于电池混浆。
虽然石墨烯独特的二维片层结构可以为硫提供大量的附着位点,但多硫化物仍可从这种开放的二维结构的开口端扩散入电解液,石墨烯/硫复合结构所制备的电极仍不可避免的在循环过程中不断损失容量。以氧化石墨烯为硫负载体时,其特点是不但对硫具有物理吸附能力,还因其所含的大量官能基团与硫的化学键合展现出对硫的化学吸附能力,从而可提升复合结构的循环稳定性。氧化石墨烯类材料因其自身含有大量的表面官能基团可对硫形成额外的化学吸附能力,从而改善硫电极的循环性能,但由于氧化石墨烯本身导电能力较差,因此所制备的复合材料往往无法发挥出较高的倍率性能。因此,目前的一个研究方向是通过将石墨烯进行表面化学改性,在引入孔结构或者其他官能团来提升其对硫的物理或化学吸附的同时,不影响石墨烯本体的高导电能力,从而获得在高倍率下仍可稳定循环的锂硫电池。GO氧化石墨(粉末)为棕黑色固体。黑龙江生产氧化石墨烯生产
利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜,导热系数高。生产氧化石墨烯研发
利用石墨烯的纳米效应,将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜也是石墨烯应用到热管理中的途径之一。如中科院陈成猛团队[58]制备出一种柔性的石墨烯-碳纤维复合膜散热片,结果表明其热导率达到977W/(m·K),其热传递的效果好于铜。**科大[59]制备出三维的石墨烯-碳纳米环薄膜,其热导率可达946W/(m·K)。浙江大学高超团队[60]报道了一种快速湿纺组装(wet-spinningassembly)的方法制备石墨烯薄膜,其热导率达530~810W/(m·K)。可见,将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜,复合薄膜的生产氧化石墨烯研发
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