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石墨烯材料的分散處理

[導讀]以鱗片石墨為原料,水為介質,制備高濃度石墨烯水分散液。采用紫外可見光譜研究 表明活性劑濃度、高壓均質壓力和循環次數對石墨烯水分散液濃度CG的影響。

目前,通過LPE法制備石墨烯所用溶劑均為NMP等高沸點有機溶劑,此類溶劑雖然能夠提高石墨烯分散液的濃度,但將對產品和環境帶來不可避免的影響:有機溶劑價格高,增加生產成本;需要經過復雜的后處理過程去除有機溶劑,增加了設備和工藝的復雜性;溶劑殘留易給后續石墨烯產品帶來質量問題;產品無法在生物、醫學等領域使用;污染環境。以水為介質則可以克服上述問題,實現低成本、綠色環保、大規模石墨烯的生產,并擴大石墨烯的應用領域。然而,石墨本身的疏水性增大了其在水中剝離和穩定分散的難度,雖然Coleman等通過低功率超聲液相剝離(l ow power sonication-liquid phaseexfolidtion, LPS-LPE)法實現了石墨在水中的剝離(超聲時間>100h,離心轉速5000r/min),但所得石墨烯水分散液的濃度僅為30mg.L-1。鑒于HPH-LPE法在有機溶劑中對石墨烯剝離的高效性,本工作開創性地進行了環保高效的HPH-LP法水系石墨烯剝離制備的研究。采用HPH-LPE法,以水為介質,鱗片石墨為原料,在表面活性劑的作用下制備高濃度石墨烯水分散液。系統地開展了工藝參數優化研究,分析影響石墨烯水分散液濃度和石墨烯品質的關鍵因素。對所得石墨烯水分散液進行表征發現,石墨得到了充分的剝離,所得石墨烯水分散液可制備成具有良好柔韌性和導電性的自支撐膜,有望實現在電子、儲能等領域中的應用。

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