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石墨烯制备方法导致的性能差异

时间:2020-07-06 18:39:03  来源:  作者:

 石墨烯自身的形态、结构和层数对其性能的发挥有显著影响,结构完整、表面光滑和层数较少的石墨烯对材料性能提升更为明显,表面缺陷和褶皱较多的石墨烯则可能降低材料的性能。目前规模化制备少层、结构完整的石墨烯依然是一个富有挑战的课题,昂贵的价格依然制约着石墨烯从实验室走向应用,当前制备石墨烯的方法主要包括机械剥落法、氧化还原法和电化学剥落法。机械剥落法主要是利用高能球磨机对石墨进行长时间球磨,在磨球间的剪切力作用下不断进行剥落得到石墨烯。此方法简便易行,但通常得到的石墨烯层数较多,难以获得少层石墨烯。Knieke等研究了球磨法制备石墨烯,得到了平均厚度3 nm左右的石墨烯纳米片,Balázsi等参考Knieke的方法制备石墨烯,并研究了Si3N4/石墨烯陶瓷复合材料的摩擦学性能,他们发现在有水存在的条件下,石墨烯质量分数为10%时的复合材料摩擦系数最稳定,且磨损量最小。氧化还原法通常也被称为改进的Hummers方法,此方法是基于Hummers等提出的制备氧化石墨的方法改进而来,用于制备氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(RGO)。 氧化还原法成本较低,操作简便,可以用于大量制备石墨烯,但是制备过程中经历了氧化还原过程,得到的石墨烯往往结构不完整,褶皱较多,并且残留有含氧官能团,这也限制了石墨烯的性能。Shen等采用这种方法制备了表面褶皱很多的GO,并将其添加到环氧树脂中制备了GO/环氧树脂复合材料。GO的加入大大增加了环氧树脂的摩擦系数但是降低了磨损率,这一方面是由于表面褶皱很多的GO增加了材料表面粗糙度,导致摩擦系数大大增加,另一方面GO表面的羟基、羧基会与环氧树脂发生化学反应,产生良好的粘附效应,提高材料的强度,从而降低材料的磨损率。 Wang等和Parvez等分别报道了在有机体系和无机体系中采用电化学剥落法制备石墨烯的方法,成功得到了表面结构完整的少层石墨烯(3层左右)。此种方法可以快速简便制备高质量的石墨烯,得到的石墨烯具有良好的透光度和导电性。

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