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(huán)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(xiàn)出對硫的化學吸附能力,從而可提升復合結構的循環(huán)穩(wěn)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(huán)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(fā)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(wěn)定循環(huán)的鋰硫電池。氧化石墨烯還可以用于無機非金屬復合材料領域。江蘇氧化石墨烯制造
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(xiàn)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(fā)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(huán)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。江蘇氧化石墨烯銷售氧化石墨烯未來可以應用于海水吸附。
從化學結構可以看到,石墨烯具有垂直于晶面方向的大π鍵,此結構決定了其具有優(yōu)異的電化學性能,在室溫下的導熱系數(shù)可高達5300W·(m·K)-1,能夠比肩比較好的碳納米管導熱材料。常溫下其電子遷移率甚至高于碳納米管和硅晶體,屬于世界上電阻率**小的材料。此外,石墨烯還具有完全敞開雙表面的結構特性,也就是說它類似于不飽和有機分子,能夠進行一系列的有機反應,能夠與聚合物或無機物結合,從而提升材料的機械性和導電導熱性。深入這方面的研究,對石墨烯進行官能團修飾,能夠使其化學活性更加豐富[3-4]。由于石墨烯具有上述的結構特性,越來越多的研究者開始著眼于以石墨烯為基底的合成材料。
提升材料的分散能力與復合結構制備技術。通過均勻分散與活性材料達到良好的電化學接觸是碳納米管與石墨稀在用作導電添加劑與復合導電結構時發(fā)揮性能的關鍵。特別是在鋰硫電池中,一般所制備的碳硫復合電極中碳材料的含量往往超過30%,嚴重影響了所制備硫電極的實際比容量性能,因而需要通過提高碳材料的分散能力與復合電極的制備技術以在高硫負載率下,仍能保證復合電極較高性能的發(fā)揮。(3)開發(fā)新的應用模式。對碳納米管與石墨烯的應用可不限于其本身,而是通過諸如碳納米管與石墨烯的復合或兩者與其他導電結構的復合,以不同材料間的協(xié)同作用來構筑更為完善的導電結構。同時也通過降低碳納米管與石墨烯在電極中的使用量,有效降低材料的應用成本。氧化石墨烯的精確結構還無法得到確定。
從實際應用的角度看,石墨烯需要和基板接觸,因此,減少石墨烯薄膜和基板之間的接觸熱阻是石墨烯熱管理應用必須考慮的問題。單層或少數(shù)層石墨烯和基板之間的范德華力可以保證石墨烯和基板之間很好的熱耦合[42]。但是石墨烯薄膜由于厚度較大,范德華力遠遠不能滿足熱從基板傳遞到石墨烯薄膜上。傳統(tǒng)的連接基板和散熱片之間的導熱膠由于體積和熱導率較低的原因,已經滿足不了實際應用的需求,必須采用共價鍵等其他的方式,以增強熱傳遞的效率。本團隊在這方面做了一些探索性的工作,主要采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。實驗結果表明,引入功能化分子后,熱點的散熱效果提高了近1倍氧化石墨烯可以應用于鋰離子電池。常規(guī)氧化石墨烯
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。江蘇氧化石墨烯制造
在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業(yè)化生產過程中,得到的石墨烯微片富含多種含氧官能團。由于石墨烯片層上的這些缺陷,在一些情況下,石墨烯微片無法滿足某些復合材料在抗靜電或導電、隔熱或導熱等方面的特殊要求。為了修復石墨烯片層上的缺陷,提高石墨烯微片的碳含量和在導電、導熱等方面的性能。通過調控氧化石墨烯的結構,降低氧化程度,降低難分解的芳香族官能團,如內酯、酮羰基、羧基等官能團的含量,從而增加后續(xù)官能團分解的效率和降低分解溫度。調控氧化條件,減少面內大面積反應。該減少缺陷的方案,有助于提升還原效率,減少面內難以修復的孔洞,使碳原子排布更密集,進一步減少修復段的勢壘,將能量用于增加碳原子離域尺寸,提升晶元大線,從而提升還原石墨烯的本征導電性。研發(fā)了深度還原技術,并通過自主開發(fā)的還原設備,將石墨烯微片碳的質量分數(shù)提高到90%以上;且粉末電導率相比還原前提升20倍,達到了4000S/m以上。江蘇氧化石墨烯制造