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石墨烯制备有了新思路 中山大学提出新方法

化工仪器网 2025-01-10 • 446阅读
  石墨烯是一种由碳原子组成的结构呈单层六角型蜂巢晶格状的二维碳纳米材料,可以理解为石墨的单分子层。这种材料在力学特性、光学特性、热性能方面均有突出的表现,因此被视为是纳米电路的理想材料,在众多领域受到了高度关注。
 
  事实上,石墨烯在自然界中本就存在,只是其单层结构很难剥离出来,这也是限制其发展的一个重要原因。时至今日科研学者还在研究可以低成本高效剥离石墨烯的手段。
 
  目前,常用的石墨烯制备方法有氧化还原法、机械剥离法、气相沉积法、超临界剥离法等,其中氧化还原法属于工业化生产石墨烯的主要方法。这种方法产能相对稳定,且工艺较为成熟。但即便如此,仍存在诸多问题。一方面,由于经过强氧化剂氧化得到的氧化石墨并不一定能被完全还原,因此氧化还原法制备的石墨烯可能会损失一部分性能,如透光性、导热性,尤其是导电性;另一方面,这种方法需要严格控制反应温度,并且由于过程中大量使用强酸和强氧化剂,因此存在一定的废液污染风险。与之相比机械剥离法更安全环保,也更好控制,但是产率低无法满足工业生产需求。
 
  而就在近日,中北大学孙友谊教授团队成功在石墨烯剥离技术上获得突破,提出了新的石墨烯制备方法。团队利用胶体化学体积排斥作用,并结合二维片状纳米材料剥离新方法,实现了石墨烯高效宏量制备。
 
  据悉,研究团队使用气泡辅助—液相机械剥离法,通过用在石墨层间原位产生气泡来扩大石墨层之间的间距,减少石墨片层之间的物理范德华力,并结合胶体化学体积排斥作用,促进石墨在液相机械剪切作用力下即可实现高效剥离。
 
  与传统方法比,这种方法不但简化了流程,同时可控性和批次稳定性都更好,是一种兼顾了低成本、高产率、高品质的绿色环保石墨烯宏亮制备方法,为未来石墨烯的制备提供了新的方案,同时也为制备其他二维纳米片状材料提供了新的技术思路。
 
  目前该成果已“Ultrahigh concentration exfoliation and aqueous dispersion of few-layer graphene by excluded volume effect”为题在国际顶级综合性学术期刊《Nature Communications》在线发表,感兴趣的读者可以查阅学习。
作者:小王
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