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石墨粉液相剝離制備石墨烯

石墨粉液相剝離制備石墨烯
IKN  2024-11-27  |  閱讀:1212

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目前,已經有很多制備石墨烯的方法,整體上可以分為 自下而上和自上而下兩類。自上而下途徑是從石墨出發(又可稱為石墨途徑),通過物理手段如機械力、超聲波、熱應力等破壞石墨層與層之間的范德華力來制備石墨烯的方法,主要包括微機械剝離法、液相或氣相剝離法、球磨法等。


液相剝離法是一種可以實現工業化生產的方法,也適用于生產石墨烯復合材料。剝離制備石墨烯需要克服石墨層與層之間的范德華力,而將石墨分散在液體中是一種直接的有效減小范德華力的方式,這就使得液相剝離法具有實現工業化的可能性。液相剝離法通常分為3個步驟:


(1)將石墨分散在溶劑中,


(2)通過超聲波、微波、剪切力、熱應力以及電化學等手段輔助剝離,


(3)離心分離得到石墨烯分散液。液相剝離法制備石墨烯可以分為兩類,包括直接液相剝離和助劑輔助液相剝離,其中直接液相剝離是通過溶劑與石墨烯片層之間的相互作用使石墨烯穩定地分散在溶劑中,而助劑輔助剝離則是助劑在溶劑和片層之間作用,從而使石墨烯穩定地分散在溶劑中。

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第一步,用N-甲基吡咯烷酮和丁胺對石墨進行兩步非氧化插層處理,使得有機分子進入石墨層間,減小石墨層間的范德華力,得到處理后的石墨原料。這一步可以提高石墨的可剝離性和可分散性,減少后續剝離過程中所需的能量。 


第二步,用高速剪切研磨分散機對處理后的石墨原料進行機械剝離,使得石墨烯片層從石墨表面剝離,并在N-甲基吡咯烷酮溶液中形成石墨烯乳液。這一步可以利用N-甲基吡咯烷酮溶液的高介電常數和低表面張力穩定石墨烯片層,防止其重新聚集。 

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