水溶性石墨烯作為新型電熱材料的未來發展前景
近來,中國科學院上海微系統與信息技術研討所石墨烯粉體資料研討團隊丁古巧、何朋等科研人員,在水溶性石墨烯資料制備方面取得發展:根據立異的電化學技術和超聲輔佐渙散機制,在NaOH與PTA混合電解液系統中完成了少層高濃度水溶性石墨烯的制備,相關研討成果在線宣布在Green Chemistry上。
在這一系統中,研討人員經過控制電化學進程,使PTA分出并吸附于石墨電極,促進石墨充分氧化和逐層剝離,隨后輔以超聲處理進一步提高產率,完成了高產率(87.3%)、高固含量(8.2 g/L)以及高穩定性(8個月以上)的少層微米尺寸水溶性石墨烯的制備,相對于已有研討報導具有明顯優勢。一起,因為電化學陽極分子吸附維護機制,完成了產品片層sp2結構的保留,制備成膜后,經較低溫度熱還原便可取得較高的電導率(9517 S/m),使用潛力巨大。進一步的機理研討明確了不同于以往插層、氧化、膨脹、剝離的電化學機制,逐層剝離和深入氧化的電化學新機制克服了傳統電化學辦法剝離不完全導致的產品層數多、質量低、渙散性差等問題。
石墨烯在未來的開發空間還有很大,對于石墨烯的研討也從未停止過,近段時間,石墨烯研討團隊又有了新的發現。
石墨烯資料因為其極佳的物理化學性能(室溫下載流子遷移率高達15000 cm2/V?s,高熱導率:5000 W/m?K,楊氏模量:350 N/m等),被廣泛使用于鋰離子電池、傳感、儲能資料以及生物醫藥等許多領域。因而,石墨烯資料的低成本規模化的制備與有用渙散是完成這些使用的條件,也成為科學研討的重要課題。目前,使用廉價的石墨作為原料,經過石墨層間插層和剝離可批量化制備石墨烯資料,仍存在產率低、制備系統不環保、安全性差等問題。
一起,產品石墨烯因為片層間范德華力的作用,易發生片層回疊與聚沉,別的表面能不匹配,導致石墨烯難以渙散在水溶液或其他低沸點有機溶劑中,極大影響了石墨烯資料的實際使用。因而,開發綠色、高效、低成本的新辦法,使石墨烯更好地渙散在水溶液或其他低沸點有機溶液中,是石墨烯資料領域的重要研討課題。
一起,進一步的研討確定了超聲在不同環境、不同處理時間及不同前驅體條件下的作用,對后續研討中的工藝改善具有重要指導意義。所制得的水溶性石墨烯極易成膜,在電熱方面表現出低電壓、高速升溫文溫度一致性好等優點,有望作為新式電熱資料推廣使用。
該研討團隊致力于石墨烯資料的立異制備和使用研討,大力發展原創性制備技術取得高質量石墨烯、水溶性石墨烯和石墨烯量子點等高端石墨烯資料,相關研討先后得到了國家重大科技專項項目、國家自然科學基金項目及中科院戰略性先導科技專項的支持。