中科院寧波材料所在高品質(zhì)石墨烯制備和改性方面取得系列進展
發(fā)布日期：2013-08-13 瀏覽次數(shù) ：646
中科院寧波材料所在高品質(zhì)石墨烯制備和改性方面取得系列進展
石墨烯(graphene)具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、機械性能。相比于碳納米管等納米碳材料，石墨烯的比表面積更大，且可以通過熱還原的方法大量地制備。根據(jù)理論計算，石墨烯的比表面積可以高達2630m2/g，而通過氧化石墨膨脹制備石墨烯的比表面積可以達到500－1000m2/g。石墨烯的制備、改性以及聚合物納米復(fù)合等領(lǐng)域于近年來備受關(guān)注。
中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子事業(yè)部鄭文革團隊在加盟中科院寧波材料所后，較早地開展了石墨烯的制備研究，成功開發(fā)了低溫、低壓膨脹制備石墨烯的制備技術(shù)（J. Mater. Chem. 2011, 21, 5392-5397.）。該技術(shù)解決了石墨烯需要高溫膨脹制備的局限性，目前，該技術(shù)已申請了（申請?zhí)枺?01010273989.5）。在此基礎(chǔ)上，該團隊于近開發(fā)了一種制備石墨烯的新技術(shù)，該技術(shù)無需低壓氛圍，在常壓、低溫的情況下就可以使氧化石墨實現(xiàn)膨脹，從而制備比表面積高達700－900m2/g石墨烯納米材料。該技術(shù)為石墨烯的商業(yè)化生產(chǎn)提供前景，目前，研究人員正著手申請。
采用低溫膨脹制備的石墨烯表面具有大量的含氧基團，這使石墨烯在具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的同時具有很好的溶劑溶解度和聚合物親和性。該團隊的研究發(fā)現(xiàn)（《無機材料學(xué)報》, 2011, 26, 707-710.），低溫膨脹制備的石墨烯可以溶解在水中，形成穩(wěn)定的黑色溶液，均勻分散的石墨烯的片層厚度為1－1.7nm。進一步的研究表明，該石墨烯材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，導(dǎo)電率可高達1000S/m，而氧化石墨的電導(dǎo)率僅為10-5S/m。
石墨烯的長寬尺度在微米級，而厚度在1nm以下，因此，石墨烯在溶液中具有強烈的團聚趨勢。為了防止石墨烯片層的聚集，在近的研究中，研究人員采用一種特殊的非共價鍵改性技術(shù)，即通過小分子穩(wěn)定劑（Thionine）與石墨烯片層形成π-π相互作用，使石墨烯在水相中實現(xiàn)了穩(wěn)定的單層分散，同時，還保持了石墨烯良好的導(dǎo)電性能（23.6 S/m），相關(guān)研究成果發(fā)表在Mater. Res. Bull. 2011, 46, 583-587.
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