溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用有机溶剂作为反应介质,通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度),在反应体系中自身产生高压而进行材料制备的一种有效方法。溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题,同时也带来了电导率很低的负面影响。为解决由此带来的不足,研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量的石墨烯。Dai等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合将成为石墨烯制备的又一亮点。石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片的新方法,并尝试宏量生产石墨烯的研究中取得较好的成果。如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势,取长补短,解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题,完善结构和电性能等是今后研究的热点和难点,也为今后石墨烯的制备与合成开辟新的道路。导电型石墨烯,外观为黑色粉末。单层石墨烯膜
石墨烯由sp2杂化碳原子连接而成,是二维蜂窝状结构晶体,电子可以自由移动,电子传输性能良好。石墨烯在锂电池中的应用主要涉及电池正极材料、负极材料以及导电剂三个方面。在石墨烯作为电池正极材料时,利用表面含氧官能团等优势提高锂离子电池的倍率性能,且具有良好的循环稳定性;作为电池负极材料时,独特纳米片层结构可以构建有效“点—面”导电网络,提供存储空间,提高比容量并进一步实现快速充电放电;作为导电剂使用,以石墨烯为添加剂加入到传统导电剂中,可以显著提高锂电池中锂离子的嵌锂速度,提升导电剂的导电、放电性能,改善循环。石墨烯由sp2杂化碳原子连接而成,是二维蜂窝状结构晶体,电子可以自由移动,电子传输性能良好。石墨烯在锂电池中的应用主要涉及电池正极材料、负极材料以及导电剂三个方面。在石墨烯作为电池正极材料时,利用表面含氧官能团等优势提高锂离子电池的倍率性能,且具有良好的循环稳定性;作为电池负极材料时,独特纳米片层结构可以构建有效“点—面”导电网络,提供存储空间,提高比容量并进一步实现快速充电放电;作为导电剂使用,以石墨烯为添加剂加入到传统导电剂中,可以显著提高锂电池中锂离子的嵌锂速度。北京石墨烯导电石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。
石墨烯导电性能较好,且具有很高的热辐射系数,在散热涂料中添加石墨烯,通过“导热搭桥”机理,涂层的散热面积大幅增加,有助于将热源的热量快速散发。此外,漆膜中的石墨烯,还能够避免因高温造成的涂层耐老化性下降,有助于在高温环境中长期使用。石墨烯辐射的光波波长是3—15微米左右,与人体发射的红外频谱接近,所以,石墨烯能发射的“生命光波”被吸收产生温热效应,能与生物体内细胞的水分子产生***的“共振”,使人体微血管扩张,血液循环加快,促进机体的新陈代谢,提高机体的免疫能力。第六元素研发的“石墨烯重防腐涂料”,率先在国内实现了产业化应用,于2015年通过工信部组织的“科技成果鉴定”,达到“世界先进水平”。该技术目前已在国信、华润、龙源等海上风电塔筒,“京广线”陇海铁路桥梁,以及航天科工二院、中船“724所”等科研院所进行了试验性涂装。产品主要应用客户有重庆三峡、中海油、江南造船等。常州第六元素材料科技股份有限公司、中国电子科技集团公司第十四研究所、中海油常州涂料化工研究院有限公司、江苏道蓬科技有限公司联合完成的“基于薄层石墨烯的重防腐涂料体系产业化关键技术与工程应用”项目获得2022年度江苏省科学技术三等奖。
石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键,并有如下的特点:碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp键,即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,新形成的π键呈半填满状态。研究证实,石墨烯中碳原子的配位数为3,每两个相邻碳原子间的键长为×10米,键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外,每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似),因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm/(V·s),这一数值超过了硅材料的10倍,是已知载流子迁移率比较高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm/(V·s)。与很多材料不一样,石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小,50~500K之间的任何温度下,单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm/(V·s)左右。另外,石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到,而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯材料具有良好的稳定性和耐高温性能,不易发生安全事故。
石墨烯电池真的如此厉害吗?我们也无法知道,作为一个新兴产物,或许大家都对它抱有很大期望,但是我们必须要清楚,石墨烯电池仍是处于实验室的产物,技术目前难以突破,是否能够量产依然未知。正道汽车目前有六款概念车,其中都是搭载了正道集团开发的增程电力驱动系统,简单来说就是使用动力源去发电驱动电机带动车辆,同时还可以充电使用。不同的是,正道汽车所搭载的动力系统不是采用普通的发动机,而是采用微型涡轮发电机来发电,电池更是采用了正道集团宣传的超级电池,都采用了石墨烯技术,不过车展上电池并没有展示出来。根据外媒消息,正道H600**快在明年,也就是2019年推出量产版本,或许那时我们可以一睹所谓石墨烯电池真的是否如此厉害。石墨烯抗静电阻燃复合材料具备优异的抗静电性能和阻燃性能。山西石墨烯非金属复合托辊
可应用于电机、变压器、电力电缆、电气柜、新能源汽车、风力发电、电触头材料等领域。单层石墨烯膜
石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料植被研究的兴趣,石墨烯材料的制备方法已报道的有:机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年,Geim等***用微机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉,通入含碳气体,如:碳氢化合物,它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,通过轻微的化学刻蚀,使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。单层石墨烯膜