雖然石墨烯獨特的二維片層結構可以為硫提供大量的附著位點,但多硫化物仍可從這種開放的二維結構的開口端擴散入電解液,石墨烯/硫復合結構所制備的電極仍不可避免的在循環過程中不斷損失容量。以氧化石墨烯為硫負載體時,其特點是不但對硫具有物理吸附能力,還因其所含的大量官能基團與硫的化學鍵合展現出對硫的化學吸附能力,從而可提升復合結構的循環穩定性。氧化石墨烯類材料因其自身含有大量的表面官能基團可對硫形成額外的化學吸附能力,從而改善硫電極的循環性能,但由于氧化石墨烯本身導電能力較差,因此所制備的復合材料往往無法發揮出較高的倍率性能。因此,目前的一個研究方向是通過將石墨烯進行表面化學改性,在引入孔結構或者其他官能團來提升其對硫的物理或化學吸附的同時,不影響石墨烯本體的高導電能力,從而獲得在高倍率下仍可穩定循環的鋰硫電池。氧化石墨易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。改性氧化石墨烯復合材料
材料應用范圍很廣。氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料,具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯復合材料包括聚合物類復合材料以及無機物類復合材料更是具有廣泛的應用領域,因此氧化石墨烯的表面改性成為另一個研究重點。石墨烯通常可由氧化石墨烯還原得到,其主要的制備方法有機械剝離法、化學還原法、溶劑熱還原法、光催化還原法、化學氣相沉積法等。其中,化學還原法由于具有成本低、工藝簡單易控等特點而備受科研工作者的推崇。目前,用于制備還原氧化石墨烯或石墨烯的化學還原劑主要有鈉與硼氫化鈉混合液、硼氫化鈉和硫酸混合液、氫碘酸、氫碘酸與乙酸混合液,鈉-氨,對苯二酚,維生素C-氨基酸,L-對抗壞血酸,鋅粉,鋁粉,鐵,堿,水合肼,二甲基肼,硫化氫以及氫化鈉等。然而,在利用這些還原劑的過程中,高溫、大量有機溶劑以及有毒藥品的使用限制了大規模生產還原氧化石墨烯。因此,開發一種簡單易行、反應條件溫和、生產成本低、環境友好型的還原氧化石墨烯的方法是十分必要的。上海制備氧化石墨烯粉體常州第六元素建有自動控制規模化生產線,市場占有率居國內外前列。
利用石墨烯的納米效應,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜也是石墨烯應用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復合膜散熱片,結果表明其熱導率達到977W/(m·K),其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環薄膜,其熱導率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,其熱導率達530~810W/(m·K)。可見,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜,復合薄膜的
由于石墨烯三維網絡具有巨大的比表面積和獨特的光電特性,基于石墨烯的材料已被用于各種傳感設備的構造。俞書宏教授團隊[38]制備了RGO/聚氨酯(PU)海綿傳感器,其電阻變化依賴于在壓縮變形過程中導電納米纖維之間接觸程度的改變。測試表明,該壓力傳感器可以檢測低至9Pa的壓力,當壓力到達45Pa時能夠提供清晰的輸出信號,具有非常高的靈敏性,并且可以在1萬次循環測試中輸出可重復的信號。基于RGO/PU海綿壓力傳感器具有高靈敏度、長循環壽命和可大規模制造的特點,使其有希望成為制造低成本人造皮膚的理想選擇。氧化石墨烯是制備導熱膜的主要原料。
單層石墨烯在室溫下的熱導率超過5000Wnr1IC1,因此被作為用于熱管理系統中的理想熱管理材料。近年來,人們發現取向三維石墨烯網絡結構能夠為熱量傳遞提供有效路徑,因此在散熱材料和相變材料領域具有廣闊的應用前景。劉忠范院士團隊[39]合成了用作熱管理材料的石墨烯氣凝膠/十八烷酸相變復合材料,在填充含量為20vol%時熱導率約為2.635Wm-1K-1,且其垂直分布的石墨烯納米片提供了更大的光吸收及熱交換面積,顯著提高了太陽能的光-熱轉換及存儲效率,遠遠優于其他傳統的光-熱轉換材料。常州第六元素擁有石墨的深度插層和高解離率的制備技術。浙江氧化石墨烯銷售廠
石墨薄片層可以經機械剝離剝離為氧化石墨烯。改性氧化石墨烯復合材料
石墨烯宏觀體材料的形狀可通過改變不同的制備方法、反應基底及反應容器等對其進行調控,但其微觀結構的可控性和重復性差。具有相同宏觀形貌的石墨烯相關理化性能也不盡相同,甚至相差很大。因此,對于實現宏觀體石墨烯材料微觀結構的控制是今后研究的一個難點。當前制備石墨烯宏觀體材料大部分都是以氧化石墨、氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯等石墨烯氧化物為原料,但這些石墨烯氧化物在電學性能和力學性能等方面都略有減弱,制備出來的石墨烯宏觀體材料的結構性能也就與理論研究結果差距較大,因而對石墨烯宏觀體制備原料的開發以及結構性能的提高是至關重要的。盡管石墨烯宏觀體材料較大的比表面積和良好的電學性能可應用于環境治理和電子器件等領域,但石墨烯良好的透光和導熱性能仍待進一步的研究應用。改性氧化石墨烯復合材料