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超声波石墨烯分散

超声波石墨烯分散

简要描述:

石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料,由碳原子按照六边形进行排布而组成。碳碳原子之间由sp2杂化结合而成,其结构非常稳定。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质。超声波石墨烯分散

石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料,由碳原子按照六边形进行排布而组成。碳碳原子之间由sp2杂化结合而成,其结构非常稳定。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质。

由于石墨烯的优良性能,科研工作者考虑将其作为增强体加入到基体材料中以提高基体材料的性能。然而,石墨烯大的比表面积往往使其团聚在一起,不仅降低了自身的吸附能力而且影响石墨烯自身优异性能的发挥,从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。况且,这种团聚是不可逆的,除非施加外力,如超声和强力搅拌,使其均匀分散。为了得到性能优异的石墨烯增强复合材料,科研工作者在克服石墨烯团聚方面做了一些研究。

常用的方法之一是由氧化石墨和超声来制备脱落氧化石墨,再通过化学方法还原成石墨烯,此法制备的石墨烯之间存在强大的范德华力,在溶液中容易聚集。

另一常用方法是将石墨烯均匀分散在有机溶剂或表面活性剂的水溶液中,使溶剂分子或表面活性剂分子吸附在石墨烯表面,利用经典斥力和分子间的作用力实现单层石墨烯的分散。

通过物理或化学修饰方法能够抑制石墨烯的团聚已经被证实,但在生成复合材料时引入的杂质是否影响复合材料性能还有待研究。还可以采用一些表面改性和其他的方法来提高石墨烯的分散性。

常见的氧化

方法有Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法[40],其原理均是先用强酸对石墨进行处理,

然后加入强氧化剂进行氧化。

氧化后的石墨通过超声波石墨烯分散福建11选5走势图设备剥离而形成氧化石墨烯,然后加入还原剂进行还原,从而得到石墨烯。

常用的还原剂有水合肼、NaBH4以及强碱超声还原等。NaBH4由于价格比较昂贵且容易残留B元素,

而强碱超声波石墨烯分散设备还原虽然操作简单且较环保,但很难还原彻底,还原后通常会有大量含氧官能团的残留,

因而通常采用较廉价水合肼来还原氧化石墨。水合肼还原的优点在于还原能力较强且水合肼易于挥发,在产物中不会残留杂质,在还原过程中,通常加入适量的氨水,一方面提高水合肼的还原能力,

另一方面可以使石墨烯的表面因带负电荷而相互排斥,进而减少石墨烯的团聚。

通过化学氧化还原法可以实现石墨烯的大批量制备,且中间产物氧化石墨烯在水中的分散性较好,

易于实现对石墨烯的改性及功能化,因此该方法常被用于复合材料、储能等研究中。但是因为氧化、

设备过程中部分碳原子的缺失以及还原过程中含氧官能团的残留往往使得制得的石墨烯含有较多的缺陷,使其导电性降低,进而限制了其在对石墨烯质量要求较高的领域中的应用。

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