石墨烯分散液的制备以及应用前景

石墨烯因独特的晶体结构和丰富新奇的光电性能而成为研究前沿和热点。高浓度稳定分散的石墨烯分散液有着巨大的应用前景,可广泛应用于能源存储、电子信息、功能材料等多个领域。但石墨烯纳米片不亲水也不亲油,易发生团聚,难以长时间稳定分散在溶液中。本文分析了石墨烯在不同溶剂中的溶解性,综述了当前国内外一些石墨烯分散液的制备方法和开发前景,指出分子修饰法将是石墨烯分散液功能化制备的发展方向,这为石墨烯分散液的功能化应用提供了重要的参考。     

润滑油中石墨烯分散方法研究现状

因石墨烯具有自润滑和自修复性能,在润滑油领域引起了大家的研究兴趣。应用在润滑油中时,石墨烯的分散性是难点之一,也是提升润滑性能的前提条件。应用于石墨烯分散的方法有物理、化学两种,物理分散包括机械、超声、球磨分散,化学分散包括表面改性、元素掺杂、纳米复合等。总结了近年来国内外润滑油中石墨烯均匀分散方法的研究进展和成果,并简要分析了相关机理。     

石墨烯改性润滑油的悬浮分散特性和摩擦学性能

用分光光度法定量评定润滑油中石墨烯的浓度,根据石墨烯的浓度(0.0125~0.075 mg/mL)与润滑油吸光度之间的正相关特性考察了石墨烯的初始浓度、超声处理时间以及表面活性剂掺量等因素对石墨烯改性润滑油悬浮分散特性的影响和最佳工艺参数范围,并将优化出的分散性良好、长期稳定悬浮的石墨烯改性润滑油用于摩擦学性能测试。结果表明,适当的超声分散和表面改性可提高石墨烯改性润滑油的分散悬浮效果。石墨烯浓度为0.025 mg/mL时石墨烯改性润滑油的摩擦系数降低74.78%,磨斑尺寸减小了28.33%。     

一步法合成十二烷基苯磺酸钠稳定的石墨烯分散液

采用改进Hummer法用石墨制备了氧化石墨烯（GO）,在十二烷基苯磺酸钠存在的情况下用水合肼还原形成较高浓度的石墨烯分散液。该分散液可以稳定悬浮超过一个月。XRD、UV—vis和Raman光谱分析结果表明,所得到的石墨烯为化学反应形成的还原石墨烯（RGO）;TEM和AFM观察发现单片和多层的石墨烯并存于产物之中,说明该方法能够使RGO均匀分散于水中。     

亚微米石墨在润滑油中的分散行为研究

将石墨稳定地分散到润滑油中，可以有效改善润滑油的润滑性能。本文以天然石墨为原料、研磨获得亚微米级，考察了影响石墨粒子大小对其分散稳定性的影响；采用甲酸、硝酸以及硝化纤维素对石墨表面氧化处理，对比了表面改性后的石墨在润滑油中的分散情况，石墨在润滑油中较稳定分散的条件，经5％硝化纤维素在200℃-400℃范围内氧化的亚微米石墨的表面含有较多的羰基、碳氧键和醚基官能团，它们的存在改善了石墨粒子与润滑油的表面张力和表面化学作用，使其在润滑油中的分散稳定性最佳。     

红外光谱法氧化石墨烯羧基官能团含量的测定

建立一种红外光谱法测定氧化石墨烯中羧基对应氧化度的方法。利用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),基于苯甲酸具有类似结构的原理,采用苯甲酸作为标准物质,苯甲酸傅里叶红外光谱在1 591,1504,1 423 cm-13处为苯环骨架伸缩振动特征吸收峰,在1 692 cm-1处为羧基中C=O的伸缩振动特征吸收峰,而GO的傅里叶红外光谱在1 630 cm-1为类苯环架构C=C的伸缩振动,在1 730 cm-1为羧基中C=O的伸缩振动特征吸收峰,这样,可利用苯甲酸上苯环和羧基中C=O的峰面积比值与GO上C=C和羧基中C=O的峰面积比值,通过结构分析和相关公式的计算,得到氧化度的值。并且利用紫外可见光谱,X衍射光谱,拉曼光谱,以及原子力显微镜对其进行对比验证,证明红外光谱的方法可行。可为氧化石墨烯羧基氧化度的测定提供一种操作简单、行之有效的方法。     

稳定石墨烯胶体分散液的制备与表征

通过氧化还原法合成石墨烯,结合1-萘甲酸的双极性作用防止石墨烯发生自团聚,得到稳定的胶体分散液。通过分析拉曼光谱的特征峰确定了氧化石墨烯的还原程度;利用TEM观察到了单层、双层以及多层的石墨烯。通过测试分散液的zeta电位、粒径以及丁达尔效应,参照胶体的经典稳定理论—DLVO理论,阐述了石墨烯分散液稳定存在的原因和机理,并进一步通过蒸发溶胶合成了自组装无基底的石墨烯薄膜。各项结果表明,利用该法合成的石墨烯分散液具有大量稳定存在的单层石墨烯,是当前石墨烯基微纳器件所需的优良前驱体。为液相化学法制备石墨烯提供了理论支撑,为石墨烯的后续应用开辟了新的途径。     

纳米ZnO-氧化石墨烯及ZnO-氧化石墨烯/水性聚氨酯复合涂层的抗菌性能

循环冷却水系统滋生细菌会导致生物黏泥产生及设备腐蚀,为解决这一问题,由硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性纳米ZnO,改性纳米ZnO与氧化石墨烯（GO）在二甲基乙酰胺中复合,获得纳米ZnO-GO复合抗菌材料,并利用纳米ZnO-GO改性水性聚氨酯（PU）,得到纳米ZnO-GO/PU复合涂层。对纳米ZnO-GO复合抗菌材料进行表征分析及抗菌性能测试,对纳米ZnO-GO/PU复合涂层进行抗菌性能测试及物理性能分析。结果表明,纳米ZnO成功负载在GO表面,纳米ZnO-GO纯度较高,当GO质量分数为35wt%、纳米ZnO-GO使用量为160 mgL^-1时,其抗菌率可达97.16%;当纳米ZnO-GO质量分数为2.33wt%时,纳米ZnO-GO/PU复合涂层抗菌率可达90.29%,同时拥有4 H的铅笔硬度及93.26%的缓蚀性能。     

用于分离重金属离子的聚苯胺改性氧化石墨烯复合膜

近年来,氧化石墨烯(GO)由于其独特的物理化学性质在水处理领域受到了广泛的关注.然而,单纯的GO层层自组装膜对二价阳离子的过滤效率较低,在实际应用中受到了限制.本工作通过在GO膜上接枝聚苯胺(PANI)制备了PANI/GO复合膜,并对GO膜和PANI/GO复合膜的性能进行了研究和比较.结果表明,复合膜具有较高的渗透通量和截留率,GO的负载量对复合膜的过滤性能具有重要作用,当GO负载量为150 mg·m-2时,复合膜的渗透通量为214.5 L·m-2·h-1·MPa-1;在重金属离子去除方面,复合膜对CuCl2、ZnCl2、BaCl2、CdCl2、NiCl2的截留率均超过90％,分离效果良好,其对离子的排斥依赖于唐南效应和尺寸排斥.因此,PANI/GO复合膜在废水处理领域具有良好的应用前景.     

非离子表面活性剂对还原氧化石墨烯分散性能的影响

为了提高热还原法制备的还原氧化石墨烯(RGO)在水溶液中的分散性,采用超声波处理结合非离子表面活性剂分散的方法,选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、吐温80(TW-80)和聚乙烯醇(PVA)三种非离子表面活性剂,研究RGO的分散性能。通过静置法分析了不同非离子表面活性剂对RGO水溶液的分散稳定性,结果表明添加非离子表面活性剂能有效提高RGO的分散性,其中1.5%PVP K30和3%TW-80处理后的RGO分散稳定性最好。通过拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等对分散后的RGO进行了表征,结果表明,分散后RGO的层间距增大,PVP K30-RGO的表面褶皱较少,较为光滑,且层间距最大,为0.42nm。     

水基氧化石墨烯纳米流体的制备及稳定性研究

以去离子水为基液,在无任何分散剂的情况下将氧化石墨烯悬浮于水中,用超声波处理器进行超声振荡,制备出稳定无聚沉的水基氧化石墨烯纳米流体。测试了纳米流体的STEM图像,分析了其粒径分布。对纳米流体的表面Zeta电位进行了测量,并结合DLVO悬浮理论和双电层结构进行稳定性分析,阐明了氧化石墨烯纳米流体能够长期保持稳定性的机理。     

纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的制备及摩擦学性能

为了研究表面改性纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的合成方法,以偏硼酸钙、还原石墨烯为原料,油酸为修饰剂,利用等离子体辅助球磨制备纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体,并测试其摩擦学性能.采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体进行形貌观察;采用形状测量激光显微镜、扫描电镜对摩擦副表面进行测试;采用MOAⅡ油液分析光谱仪对摩擦油样进行检测.结果表明:在钢球机械研磨和等离子体热效应的耦合作用下,等离子体辅助球磨10 h的偏硼酸钙与还原石墨烯继续球磨10 h后,被细化为10 nm左右的颗粒状,并均匀地负载于还原石墨烯上.等离子体快速加热使得偏硼酸钙粉体表面发生热爆,部分偏硼酸钙飞溅在还原石墨烯上,并随即被其包裹为球状复合结构.等离子体辅助球磨10 h为偏硼酸钙表面引入羧基基团,并在后续球磨中与还原石墨烯表面的羟基发生酯化反应,原位完成油酸对偏硼酸钙和还原石墨烯的表面改性,使得纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体在5W-40型机油中具有良好的分散性.在摩擦过程中,比表面积大的还原石墨烯不断吸附在摩擦表面,同时被还原石墨烯包裹为球状的纳米偏硼酸钙粒子,使摩擦副表面产生多活动中心的滚动摩擦,从而有效改进复合油的减摩抗磨性能.     

氧化石墨烯制备石墨烯的研究进展

近年来,石墨烯已成为世界各国学者研究的热点。由石墨粉先制备氧化石墨烯进而制备石墨烯成为了石墨烯最重要的制备方法。本文综述了氧化石墨烯制备石墨烯的主要方法:化学法、热法、微波法、电化学法、水热法、碱法等,并对各方法的优缺点进行了阐述,最后对石墨烯的未来进行了展望。     

氧化石墨烯复合材料的研究进展

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团.简单介绍了氧化石墨烯的制备方法,重点阐述了氧化石墨烯复合材料的研究进展,包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料的合成方法、性能以及应用领域,展望了氧化石墨烯的制备及其复合材料今后的研究方向,提出少引入或者不引入杂离子的新型绿色环保的制备方法是氧化石墨烯制备的发展方向,氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点.     

纳米SiO2-氧化石墨烯/环氧涂层的制备及其防腐蚀性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,并将GO与经硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的纳米SiO₂进行复合,制备出纳米SiO₂-GO。通过FTIR、XRD、SEM、TEM等分析手段对SiO₂-GO进行表征。采用机械搅拌与超声分散的方法将SiO₂-GO添加到环氧树脂（EP）中。对添加不同质量分数纳米SiO₂、GO和纳米SiO₂-GO的EP基复合材料涂层的物理性能和电化学性能进行测试。结果表明,与纯EP涂层相比,SiO₂/EP、GO/EP和纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度、附着力和耐腐蚀性能得到显著增强,其中加入2wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层硬度达到5 H,附着力等级达到1级,浸泡24 h后涂层保护效率为99.33%。15天浸泡试验结果表明,添加1.5wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度达到5 H,附着力达到1级,涂层保护效率仍能达到97.12%。     

水中氧化石墨烯稳定性研究

以氧化石墨烯(GO)分散水溶液为对象,采用动态光散射技术研究了pH、电解质、天然有机物以及不同尺寸等环境因素对其稳定性和凝聚特性的影响。结果表明:pH升高可提高水中GO的稳定性;投加电解质会产生压缩双电层作用,导致GO发生凝聚,反应后GO颗粒的静电斥能减小、粒径增大。相比于,一价电解质,二价电解质对GO纳米颗粒凝聚具有更强的促进作用。小尺寸的GO分散性更好,凝聚速度相对较慢,稳定性高。200nm粒径的GO颗粒在水中的凝聚过程与经典的胶体稳定性理论相符合,分为反应控制和扩散控制两个阶段;Na~+和Ca~(2+)的临界凝聚浓度分别为186.0和1.8mmol/L。当富里酸(FA)存在时,可通过空间位阻效应使GO颗粒间有效碰撞概率和凝聚反应速度降低,临界凝聚浓度提高,增强了其在水中的稳定性。GO在水中的凝聚和分散行为将受到pH、电解质和有机物等复杂因素的影响。     

氧化石墨烯对本征石墨烯在天然橡胶基体中的分散促进作用研究

本征石墨烯分散在高分子材料中能够能够明显提高分子的导热性能,但因为本征石墨烯表面缺乏活性基团,片与片之间强大的范德华作用力使其在高分子材料中的解聚和均匀分散尤为困难。氧化石墨烯被证明具有两亲性,从片层边缘至片层中间呈现亲水至疏水的分布,使其能发挥类似表面活性剂的功用。研究证明,氧化石墨烯能够显著促进石墨烯在水性橡胶乳液中的分散,使石墨烯能够均匀的分散在制备得到的石墨烯/氧化石墨烯/天然橡胶复合材料中,进而使得天然橡胶的导热性能得到大幅度的提升。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

氧化石墨烯对玄武岩织物/酚醛树脂复合材料性能的影响

将偶联剂改性的氧化石墨烯(GO)添加到酚醛树脂中,制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法,研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)和冲击性能的影响。结果表明,GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能,随着GO含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小;相对于空白样,当GO的含量为2wt%时,弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%;ILSS提高了43%;当GO的含量为1wt%时,冲击破坏载荷增加40%,破坏吸收能量增加60%。     

石墨烯纳米片超声分散的研究

为获得分散均匀无污染、不团聚的的石墨烯纳米片,通过超声处理技术分散已团聚的石墨烯纳米片并研究了主要影响因素——超声功率和超声时间在分散过程中对石墨烯纳米片分散效果和结构的影响。利用场发射电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱、原子力显微镜对超声分散后的石墨烯纳米片的形貌、尺寸和结构进行表征与分析。结果表明,延长超声时间或增加超声功率可以显著提高石墨烯纳米片的分散效果,但相应的也一定程度降低了石墨烯纳米片的尺寸,生成大量的边缘型缺陷,尤其当功率过大或时间过长时甚至会生成空位缺陷。当超声功率960 W,超声时间4 h时石墨烯纳米片的分散效果最好,且破碎程度相对较低。