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碳纳米管与石墨烯制成的复合材料及应用
碳纳米管与石墨烯制成的复合材料及应用
前言:两者利用优良的各向异性,共同应用于复合材料表现出比单一材料更优异的性能.
◆ 石墨烯:
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,由于其具有优异的导电、导热、硬度等性能,成为现代的热门功能材料:
具体应用方向
1. 锂电池电极材料
2. 导热性能(散热,户外运动)
3. 超级电容器电解液添加剂
4. 导电塑料
◆ 碳纳米管
碳纳米管是一种新型的碳素材料,由呈六边形排列的碳原子构成数层至数十层的同轴圆管,层与层之间保持固定的距离,约0.34nm,直径一般为2-20nm
具体应用方向
1. 塑料改性
2. 微型电路芯片
3. 静电屏蔽
4. 锂电池电极
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■ 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备
主要有三种方法配置石墨烯 / 碳纳米管混合溶液:
1.使用NMP等有机溶剂
一些有机溶剂(如NMP)可分散和剥离碳纳米管,在有机溶剂中可对石墨进行剥离并得到无缺陷的石墨烯,并且得到的石墨烯产量大没有表面化学修饰.
2.水为溶剂加少量表面活性剂
石墨烯和碳纳米管在水中不能很好的分散,但当加入少量表面活性剂后,由于亲水性官能的作用,也可配置成分散良好的分散液。将表面活性剂聚苯乙烯磺酸钠加入石墨烯的水分散液中,高剪切速率下进行分散,将表面活性Triton-X100,加入到纳米管水分散液中,将两者混合制得分散均匀的石墨烯/碳纳米管悬浮液,并用亲水性聚碳酸脂薄膜高压过滤,制得石墨烯/碳纳米管薄膜。120°C处理去除水和表面活性剂。使用胆酸钠作为表面活性剂和稳定剂制得石墨烯/碳纳米管均匀悬浮液,真空抽滤后得到石墨烯/碳纳米管复合膜,少量石墨烯的加入可以提高导电性且对透明性没有影响,其中3wt%石墨烯掺杂的复合膜的导电性提高了40% .
3. 水为溶剂,分散氧化石墨烯再还原石墨烯.
氧化石墨烯带有亲水性的官能团,可以均匀地分散在水中,而且其类似于苯环的结构可以与碳纳米管的侧壁相连接,在亲水性的含氧官能团的作用下,使得氧化石墨烯/碳纳米管复合物均匀地分散在水溶液中。利用真空过滤法制备出氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜,然后向反应室内通入肼蒸汽使氧化石墨烯还原成石墨烯,制得石墨烯/碳纳米管复合薄膜并表征了其优良的电化学性能.
■ 制备设备
PhD超高压均质机
(型号:D-60M;连续产能:60升/小时;最高压力:207Mpa/30000psi)
高 速 剪 切 机
用剪切机进行剪切的情况下,将粉体加入纯水中,达到比例后,继续剪切20-30min,在石墨烯溶液较小之后,用高压均质机在5000psi预处理1次,再26000psi处理3-5次.
■ 分散效果电镜图
石墨烯和碳纳米管具有非常优良的物理化学性质,由于石墨烯和碳纳米管间得协同效应,使得石墨烯/碳纳米管复合材料的导电性,机械性等性能得到增强。近年来随着其制备方法日趋成熟,在制备光电器件,储能电池,电化学传感器等领域的应用也逐渐成熟和广泛。