隨著科技的快速發展,熱管理系統越來越多地應用于現代工業、電子設備等多個領域,在熱能的分散、轉換與存儲過程中發揮著重要作用。其中,熱管理材料是熱管理系統的**,因此,設計和制備具有高熱導率的新型熱管理材料成為了促進科技發展的關鍵問題之一。在眾多導熱材料中,石墨烯由于具有髙達5300Wnr11C1的本征熱導率、優異.的機械性能而受到人們的***關注,被認為是新型熱管理材料的理想選擇。在之前的研究中,石墨烯片在復合材料中往往呈無規分散的狀態,體系內熱阻較大,從而導致復合材料的熱導率處于較低水平。預先構筑石墨烯三維結構能夠有效降低界面熱阻及接觸熱阻,但是距離理論值仍有較大差距。為了進一步解決存在的問題,本課題主要通過冷凍鑄造法來構筑有序排列的***石墨烯三維網絡結構,并制備相應的相變儲能材料和散熱材料常州第六元素的子公司南通第六元素的生產規模在國內居首。河北制備氧化石墨烯
真空抽濾法是一種制備石墨烯薄膜的**常見方法。由于氧化石墨烯的片層含有大量羧基、羰基等親水性含氧官能團,并且片層間具有靜電相互作用不容易團聚,因此在不借助分散劑的情況下也能在水溶液中分散均勻,從而形成穩定的分散液,非常有利于真空抽濾過程中片層的緊密排列[43,44]。Liu[45】等人采用真空抽濾法制備了具有有序排列結構和高密度的GO/PDA復合膜。在GO/PDA復合膜中,GO的含氧官能團與PDA的胺基之間存在氫鍵相互作用,并且PDA對GO具有還原的作用。在經過3000°C高溫處理之后,PDA被轉化為具有***石墨晶體結構的CPDA納米顆粒(CPDANPs),對石墨烯片層起到了增強的作用,從而使復合膜的拉伸強度、電導率和熱導率河北制備氧化石墨烯氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產品經輕微攪拌就可與水相互溶。
氧化石墨烯一般由石墨經強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制備過程的時效性相對較好而且制備過程中也比較安全,是目前**常用的一種。它采用濃硫酸中的高錳酸鉀與石墨粉末經氧化反應之后,得到棕色的在邊緣有衍生羧酸基及在平面上主要為酚羥基和環氧基團的石墨薄片,此石墨薄片層可以經超聲或高剪切劇烈攪拌剝離為氧化石墨烯,并在水中形成穩定、淺棕黃色的單層氧化石墨烯懸浮液。由于共軛網絡受到嚴重的官能化,氧化石墨烯薄片具有絕緣的特質。經還原處理可進行部分還原,得到化學修飾的石墨烯薄片。雖然***得到的石墨烯產物或還原氧化石墨烯都具有較多的缺陷,導致其導電性不如原始的石墨烯,不過這個氧化?剝離?還原的制程可有效地讓不可溶的石墨粉末在水中變得可加工,提供制作還原氧化石墨烯的途徑。而且其簡易的制程及其溶液可加工性,考慮量產的工業制程中,上述工藝已成為制造石墨烯相關材料及組件的極具吸引力的工藝過程。
由于氧化墨烯表面仔在大:的鈑I{能川.喪脫f{{良好的親水性.昕以不儀能高度分散廠水溶液或j他仃饑劑中.而且在一定反應條件F能轉變幻彳f維忖架納fj1J的1,烯水凝膠或氣凝膠。當前二維r烯常川I制衙‘法』三要仃水熱法、化學氣相沉積法、自組裝法干¨31)¨印法2.3.1水熱法水熱法是制備三維石墨烯凝膠**l】的‘法。水熱條件下,氧化石墨烯結構中的含瓴If能Ⅲ逐漸被還,軛結構逐漸被修復,還原后的石墨烯,;之Ihjfl0電斥力減小.壓力作用下形成了相交駁的骨架狀r烯水凝膠。Iji等…將氧化石墨超聲分散】l8O(卜水熱眨心l.制得海綿狀的三維什墨烯氣凝膠。j際比太f!l達l32I31。。·g。.具有比膨脹墨和其他仃機【】發I;付制&r的ll殷附能Wu等。利用水熱法合成了連通,、孔人小為一9~3.5nnl、島比表而積和低質蛀密度的彩孔狀-2II:r烯凝膠。此外.Song等利用該法成功i火僻J能II殷附水又能吸附油的雙親性多功能墨烯泡沭。氧化石墨烯的含氧官能團可以用于晶體的結合位點。
近年來,石墨烯薄膜因其高電導率和輕巧柔鈿的特性而受到越來越多的關注。石高全教授課題組[51]通過蒸發誘導自組裝法對引入少量纖維素納米晶體(CNC)的氧化石墨分散液進行干燥處理,然后使氫碘酸對得到的薄膜化學還原,其中,CNC能夠誘導石墨烯片上形成皺紋,使其機械性能得到了進一步增強。測試結果表明,這種薄膜具有拉伸強度比較高可達800MPa,且斷裂伸長率、初性和電導率分別達到6.22±0.19%、15.6412.20MJm_3、1105±17Scm-1,遠遠髙于其他文獻中報道的性能。Cher^M等人通過在單層石墨烯上沉積金膜制備了GO/Au復合電極,在沉積金膜的厚度為7nm時,復合膜在520nm波長處具有24.6Qm_2的**電阻和74.6%的高透射率。為了更直觀地分析其電學性能,Chen等人組裝了基于GO/Au復合電極的超級電容器,測試發現,與基于單層石墨烯的超級電容器相比,其電容提高了17倍,并且表現出良好的機械穩定性,證明了石墨烯復合膜在柔性電子領域具有巨大的應潛力。氧化石墨烯顏色為棕黃色,市面上常見的產品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。綠色氧化石墨烯項目
氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物。河北制備氧化石墨烯
石墨烯薄膜具有優異的面內熱導率和良好的柔鈿性,因此經常在可穿戴設備、電子設備等領域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊[78]通過等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁,得到的納米壁具有獨特的結構和出色的熱導率。在輸入電流為350mA的情況下,基于石墨烯納米壁組裝的LED在光輸出功率方面提高了37%左右,而溫度卻降低了3.8%,說明石墨烯納米壁可用作LED應用中增強散熱的良好材料。Kim[79]等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液,然后通過真空抽濾得到10pm厚的超薄氟化石墨烯薄膜(EGF),顯示出242Wm-1K-1的優異面內熱導率。Guo_等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優異的導熱性能,在施加3.2V電壓時,薄膜可以在6s內從室溫快速升溫至45°C。而去除外加電壓后,石墨烯薄膜可在5s內迅速冷卻至室溫,實驗結果顯示其既具有快速的電加熱響應,又具有高效的散熱能力。河北制備氧化石墨烯