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綠色氧化石墨烯導熱

來源: 發布時間:2023-09-16

從化學結構可以看到,石墨烯具有垂直于晶面方向的大π鍵,此結構決定了其具有優異的電化學性能,在室溫下的導熱系數可高達5300W·(m·K)-1,能夠比肩比較好的碳納米管導熱材料。常溫下其電子遷移率甚至高于碳納米管和硅晶體,屬于世界上電阻率**小的材料。此外,石墨烯還具有完全敞開雙表面的結構特性,也就是說它類似于不飽和有機分子,能夠進行一系列的有機反應,能夠與聚合物或無機物結合,從而提升材料的機械性和導電導熱性。深入這方面的研究,對石墨烯進行官能團修飾,能夠使其化學活性更加豐富[3-4]。由于石墨烯具有上述的結構特性,越來越多的研究者開始著眼于以石墨烯為基底的合成材料。氧化石墨烯應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。綠色氧化石墨烯導熱

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石墨經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構,但在每一層的石墨烯單片上引入了許多氧基功能團。這些氧基功能團的引入使得單一的石墨烯結構變得非常復雜。鑒于氧化石墨烯在石墨烯材料領域中的地位,許多科學家試圖對氧化石墨烯的結構進行詳細和準確的描述,以便有利于石墨烯材料的進一步研究,雖然已經利用了計算機模擬、拉曼光譜,核磁共振等手段對其結構進行分析,但由于種種原因(不同的制備方法,實驗條件的差異以及不同的石墨來源對氧化石墨烯的結構都有一定的影響),氧化石墨烯的精確結構還無法得到確定。大家普遍接受的結構模型是在氧化石墨烯單片上隨機分布著羥基和環氧基,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并不是隨機分布,而是具有高度的相關性。福建制備氧化石墨烯粉體常州第六元素的子公司南通第六元素的生產規模在國內居首。

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    氧化石墨烯一般由石墨經強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制備過程的時效性相對較好而且制備過程中也比較安全,是目前**常用的一種。它采用濃硫酸中的高錳酸鉀與石墨粉末經氧化反應之后,得到棕色的在邊緣有衍生羧酸基及在平面上主要為酚羥基和環氧基團的石墨薄片,此石墨薄片層可以經超聲或高剪切劇烈攪拌剝離為氧化石墨烯,并在水中形成穩定、淺棕黃色的單層氧化石墨烯懸浮液。由于共軛網絡受到嚴重的官能化,氧化石墨烯薄片具有絕緣的特質。經還原處理可進行部分還原,得到化學修飾的石墨烯薄片。雖然***得到的石墨烯產物或還原氧化石墨烯都具有較多的缺陷,導致其導電性不如原始的石墨烯,不過這個氧化?剝離?還原的制程可有效地讓不可溶的石墨粉末在水中變得可加工,提供制作還原氧化石墨烯的途徑。而且其簡易的制程及其溶液可加工性,考慮量產的工業制程中,上述工藝已成為制造石墨烯相關材料及組件的極具吸引力的工藝過程。

光-熱能量轉換是石墨烯相變復合材料目前應用*****的一個領域。楊鳴波教授團隊[63]通過化學氣相沉積(CVD)制備出了具有互連網絡的石墨烯泡沫(GF),用于制備復合相變材料的三維骨架。研宄發現,這種相變復合材料的熱導率比純相變材料高744%,且具有很高的光-熱轉換效率,表明其在太陽能利用和存儲中的巨大潛力。**近,他們團隊[64]通過冷凍鑄造法制備了三維石墨烯網絡,與聚乙二醇(PEG)復合后得到具有出色的形狀穩定性以及高儲能密度的石墨烯相變復合材料。在100mWcnr2的模擬太陽光下照射20分鐘,相變復合材料的溫度迅速升高,比較高可達到約70°C,而純PEG的溫度*為55.4°C,無法完成相變過程。關閉模擬光源后,相變復合材料的溫度急劇下降,當溫度到達結晶點附近時,將出現另一個平臺,**著熱能的釋放過程。實驗結果表明,與純PEG相比,石墨烯相變復合材料在光-熱能量轉換方面表現出更優異的性能,有著更好的應用前景。石墨烯環氧樹脂純度高、電性能優異且硬度和柔韌性佳。

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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具有有序排列結構和高密度的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。在經過3000°C高溫處理之后,PDA被轉化為具有***石墨晶體結構的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材料有濾餅形態。官能化氧化石墨烯納米材料

氧化石墨烯分散液含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團。綠色氧化石墨烯導熱

氧化石墨烯的性能:(1)含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度;(2)易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、***抑菌等性能;(3)易于剝離成穩定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。氧化石墨烯的應用領域:應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域,還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。氧化石墨烯分散液的性能:(1)含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團;(2)易于接枝改性,可與復合材料進行原位復配,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、***、抑菌等性能;(3)SE3122在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產品經輕微攪拌就可與水相互溶;氧化石墨烯分散液的應用領域:應用于鋰電正負極材料,還可以應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。綠色氧化石墨烯導熱