氧化-還原法制備成本低廉且容易實現(xiàn),成為制備石墨烯的比較好方法,而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液,解決了石墨烯不易分散的問題。氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO),經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨),加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團,如羧基、環(huán)氧基和羥基,得到石墨烯。氧化-還原法被提出后,以其簡單易行的工藝成為實驗室制備石墨烯的**簡便的方法,得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等發(fā)現(xiàn)通過加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團,就能得到石墨烯。氧化-還原法可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液,解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問題。氧化-還原法的缺點是宏量制備容易帶來廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷,例如,五元環(huán)、七元環(huán)等拓撲缺陷或存在-OH基團的結(jié)構(gòu)缺陷,這些將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失,使石墨烯的應(yīng)用受到限制。常州第六元素是專業(yè)從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的專精特新小巨人企業(yè)。貴州石墨烯導(dǎo)電劑
石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp雜化軌道成鍵,并有如下的特點:碳原子有4個價電子,其中3個電子生成sp鍵,即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子,近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵,新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài)。研究證實,石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3,每兩個相鄰碳原子間的鍵長為×10米,鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外,每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵(與苯環(huán)類似),因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s),這一數(shù)值超過了硅材料的10倍,是已知載流子遷移率比較高的物質(zhì)銻化銦(InSb)的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下,石墨烯的載流子遷移率甚至可高達250000cm/(V·s)。與很多材料不一樣,石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小,50~500K之間的任何溫度下,單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm/(V·s)左右。另外,石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)可以通過電場作用改變化學(xué)勢而被觀察到,而科學(xué)家在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。無污染石墨烯生產(chǎn)廠家氧化石墨易于接枝改性,可與復(fù)合材料進行原位復(fù)合。
目前第六元素全資子公司常州第六元素半導(dǎo)體有限公司已與客戶成功開發(fā)石墨烯超級銅復(fù)合材料(“超級銅”),“超級銅”利用CVD沉積技術(shù)制備而成,石墨烯超級銅導(dǎo)電率高于銀10%,如成功應(yīng)用于電機,若按10%替換,則每年節(jié)約用電,相當于葛洲壩電站近2個月的發(fā)電量,節(jié)約電費約20億元。近日,中國中車高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料“超級銅”登上央視《焦點訪談》節(jié)目。據(jù)中國中車介紹,“超級銅”由中車研究院與上海交通大學(xué)張荻團隊聯(lián)合研發(fā),是一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料。“超級銅”利用石墨烯較好的導(dǎo)電性和力學(xué)性能與銅材料片堆疊制成,實現(xiàn)了石墨烯和銅的優(yōu)勢互補。經(jīng)過實驗驗證,超級銅的導(dǎo)電性能超過銀10%,如果全國10%的電機用上這種“超級銅”材料,那么一年可以節(jié)省出180多億度電。180億度電相當于節(jié)省出一個葛洲壩電站(2022年葛洲壩電站完成發(fā)電量)。目前,“超級銅”已完成中試驗證,驗證了超級銅的量產(chǎn)可行性,并實現(xiàn)了小批量生產(chǎn),接下來將加快批量化制造進程。
大規(guī)模制備高質(zhì)量的石墨烯晶體材料是所有應(yīng)用的基礎(chǔ),發(fā)展簡單可控的化學(xué)制備方法是一種方便、可行的途徑,這需要化學(xué)家們長期不懈的探索和努力;石墨烯的化學(xué)修飾包括:將石墨烯進行化學(xué)改性、摻雜、表面官能化以及合成石墨烯的衍生物,發(fā)展出石墨烯及其相關(guān)材料(grapheneandrelatedmaterials),來實現(xiàn)更多的功能和應(yīng)用。石墨烯的表面化學(xué)性能:由于石墨烯晶體獨特的原子和電子結(jié)構(gòu),氣體分子與石墨烯表面間的相互作用將表現(xiàn)出許多特有的現(xiàn)象,這將為表面化學(xué)特別是表面催化研究提供一個獨特的模型表面;同時石墨烯具有完美的兩維周期平面結(jié)構(gòu),可以作為一個理想的催化劑載體,金屬/石墨烯體系將為表面催化研究提供一個全新的模型催化研究體系。石墨烯成為研究領(lǐng)域中的熱門材料,并在納米科技、電子學(xué)、能源存儲等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。
石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成及其物理性能從其化學(xué)結(jié)構(gòu)組成上來看,它是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型(呈蜂巢晶格)的二維碳納米材料。其次從其物理性能上來看,它具有光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性一部分列的物理性能,從這也可以表現(xiàn)出它是一種非金屬材料,其不具備金屬所擁有的性能。石墨烯是蠢脊由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料是已知世界上**薄、**硬的材料,被譽為“黑金”、“新材料***”。石墨烯的厚度可達頭發(fā)絲的20萬分之一,強度是鋼的200倍??茖W(xué)家預(yù)言,石墨烯將會是21世紀****重要,要優(yōu)先集中精力的新材料,市場應(yīng)用前景不可估量。石墨烯不僅*是電子產(chǎn)品、新能源電池、航空航天領(lǐng)域?qū)е律鐣奶貏e要注意關(guān)注。石墨烯具有非常良好的光學(xué)特性,在較寬波長范圍內(nèi)吸收率約為2.3%,看上去幾乎是透明的。山西石墨烯漿料
石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3,鍵與鍵之間的夾角為120°。貴州石墨烯導(dǎo)電劑
石墨烯***發(fā)現(xiàn)是用膠帶一層層粘下來的。石墨烯的發(fā)現(xiàn)可以追溯到2004年,由英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫以及荷蘭的斯圖爾特·帕克共同發(fā)現(xiàn)。教授的發(fā)現(xiàn)源于對石墨材料進行的實驗。教授們采用了一種特殊的方法,使用膠帶將石墨片層層撕離,**終得到了非常薄的一層石墨片。通過對這層石墨片的觀察和研究,教授們發(fā)現(xiàn)這個材料具有非常特殊的性質(zhì)。石墨烯是一種只有一個原子層厚度的二維碳材料,由碳原子以六角晶格結(jié)構(gòu)排列組成。它具有一些非常獨特的性質(zhì),比如極高的電導(dǎo)率、優(yōu)異的熱導(dǎo)率、強度高、柔韌性好等。這些特性使得石墨烯成為研究領(lǐng)域中的熱門材料,并在納米科技、電子學(xué)、能源存儲等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。蓋姆、諾沃肖洛夫和帕克因為對石墨烯的發(fā)現(xiàn)和研究做出的貢獻,于2010年被授予了諾貝爾物理學(xué)獎。教授們的工作奠定了石墨烯研究的基礎(chǔ),并為未來的石墨烯應(yīng)用開發(fā)打下了堅實的基礎(chǔ)。貴州石墨烯導(dǎo)電劑