石墨的改性及應用

學(xué)術(shù)展臺A石墨的改性及應用趙帥國周青山鄭軍偉擴要:石墨作為導電填料用來(lái)制備導電高分子復合材料已經(jīng)被廣泛法采用高錳酸鉀+濃硫酸+硝酸鈉體系氧化石墨,因為這種方法效率研究,但是由于天然石墨層間距小、屢內不含任何基團,因此需要對石高、危險小,被研究者廣泛采用。插層過(guò)程是一個(gè)熵減過(guò)程,NG經(jīng)氧進(jìn)行改性處理。本文概括了石墨改性后的四種應用形式膨脹石墨、氧化處理后,一方面,其層間引入了極性基團如羥基、環(huán)氧基、羧基,可化石墨、納米石墨微片、石墨烯的制備方法,并對聚合物/石墨導電復以與高分子鏈相互作用降低插層自由能,促進(jìn)了高分子的插層,另一方合材料的應用前景進(jìn)行了展望。面,用 Hummers處理后石墨層間距可增大為0.71m,有利于高分子的關(guān)鍵詞:石墨;聚合物;導電;復合材料1石墨的微觀(guān)結構2.3納米石墨微片石墨是種由二維的石墨烯堆積成的三維層狀結構晶體,層內每個(gè)納米石墨微片(GN)可以通過(guò)氣相沉積法、機械碾磨法、電弧放碳原子通過(guò)sp2雜化以共價(jià)鍵結合形成正六邊形平面狀結構,每個(gè)碳原電法等方法來(lái)制備,但是研究者比較常用的方法是超聲處理EG法,通子還有一個(gè)Pz軌道,這些軌道又都相互平行垂直于層內,形成大鍵,常是用濃H2SO4+濃HNO3體系處理NG,再經(jīng)熱處理得到EG,然后超層間通過(guò)這種類(lèi)似金屬鍵的離域鍵和范德華力連接,這種結構特征使石聲處理浸泡在乙醇溶液中的EG,在超聲作用下,石靨層間發(fā)生剝高具有金屬光澤和接近金屬的導電率,其結構示意圖如圖1超聲后經(jīng)過(guò)濾、水洗至中性、干燥得到NG。當以堿金屬為插層劑來(lái)制備GLC時(shí),如K,得到層間化合物KC8,然后通過(guò)加入膨脹劑可得到GN,比較常用的膨脹劑有水、乙醇等,以乙醇為膨脹劑時(shí)其反應如式〔 grapheme sheetsKC8+CH3CH20H-+8C+KOCH2CH3 +1/2H2(2)(2)式中產(chǎn)生的H克服石墨層間范德華力,增大石墨層間距,從而得到GN,有時(shí)候可以研究者會(huì )采用硫酸體系和堿金屬體系相結合,0_335m:得到分離效果更好的GN2.4石墨烯這石屬烯是由二維蜂窩狀晶格堆積成的單層碳原子,它的制備方法可以分為機械法和化學(xué)剝離法。機械法主要包括微機械分離法、取向附生法、加熱SC法等,2004年英國曼徹斯特大學(xué)的 Novoselov等用微機械分離法首次制備石墨烯?；瘜W(xué)剿離法主要包括包括熱還原法和超聲處理還原法,一般研究者先用 Hummers法或是改良的 Hummers法處理NG得到GO,再通過(guò)熱還原法或超聲處理-還原法制備得到石墨烯。熱還原法主要是通過(guò)石墨層間的含氧官能團、水分子在瞬間高溫作用下,熱降解形成CO2或H20等小分子逸出,克服石墨層間范德華力發(fā)生剝離,同時(shí)降低了氧含量。超聲處理-還原法先超聲處理GO使石墨層間距增圖1石晶體結構型圖大,發(fā)生剝離,然后用對苯二酚、硼氫化鈉、肼等還原劑進(jìn)行還原,降如圖1所示,天然石墨(NG)層內碳碳鍵長(cháng)為0.142mm,層間距低氧含量從而制備得到石墨烯僅為0.335mm,且石墨層上沒(méi)有任何蔫團,很難實(shí)現高分子的直接插3結束語(yǔ)層,因此制備低逾滲值的聚合物/石墨CPCs需要先對石墨進(jìn)行改性。石墨具有價(jià)格低廉、來(lái)源廣、化學(xué)穩定性好、獨特的層狀結構等優(yōu)2聚合物/石顯導電復合材料的制備點(diǎn),盡管NG直接作為導電填料,得不到理想的CPC,但是石墨改性后2.1膨脹石墨可利用應用形式多,如利用EG的特點(diǎn)來(lái)制備泡沫CPC5,利用石墨烯的膨脹石曼(EG)的制備主要包括制備石墨層間化合物( Graphite高長(cháng)徑比制備低逾滲值的CPCs,并且研究者已經(jīng)將其應用于泡沫材料Intercalation Composite,cC)的形成和對cc進(jìn)行迅速的熱處理。研究抗靜電材料、電極材料等領(lǐng)域的研究。(作者單位:鄭州大學(xué)材料科學(xué)者比較常用的插層劑為酸類(lèi)和堿金屬,以硫酸為插層劑時(shí)其反應如式與工程學(xué)院)(1)所示:n( graphite)+nH2s04+n2[o]→n[ graphite:Hs04]+n參考文2H20(1) [1] Sengupta R, Bhattacharya M, Bandyopadhyay S, et al. A review on(1)中,0代表氧化劑,可以為HNo3、H02、03、KMnO4等,the mechanical and electrical properties of graphite and modified graphgraphite. H04為石墨層間化合物,以堿金屬為插層劑時(shí),如K,可形ite reinforced polymer composites [J]. Progress in Polymer Science成層間化合物KC。GC的熱處理溫度一般在200C-1000C之間,時(shí)2011,36(5):638-670間一般為15s~308,受熱的GC會(huì )產(chǎn)生大量的氣體或熱量,刺離粘合在[2]郭鵬石墨烯的削備、組裝及應用研究[D]北京:北京化工大一起的石墨,使石墨呈現為在軸方向發(fā)生膨脹,增大了石墨層間距,從學(xué),2010:1-28.而得到EG。[3] Li B, Ding B, Zhong WH. Review on polymer/graphite nanoplatelet2,2氧化石墨nanocomposites[ J]. Journal of Materials Science, 2011, 46氧化石疊(Co)的方法主要包括:Sa法、 Brodie法(17):595-5614mummers法。1859年, Brodie法采用氯酸鉀和發(fā)煙硝酸體系處理得到了[4] Hummers wSJ, Offeman RE. Preparation of Graphitic Oxide[玎]Co,但是這種方法很容易引起爆炸。JAm.Chem.Soc,1958,80(6):1339Standenmaier法用氯酸鉀+濃硫酸+濃硝酸體系處理NC制備了[5]應宗榮,劉海生,陳仁康,等.聚合物/石墨導電納米復合材料Co,但是這種方法效率低、所需時(shí)間長(cháng),并且存在危險性。 Hummer制備方法進(jìn)展[J.中國塑料,2008,22(11):9-14作者簡(jiǎn)介:第一作者:趙帥國,男,漢族,鄭州大學(xué),樹(shù)料科學(xué)與工程學(xué)院2009級,模具專(zhuān)第二作者:周青山,鄭州大學(xué),材料科學(xué)與工程學(xué)院,200級,高分子模具專(zhuān)業(yè)H中國煤化工CNMHG第三作者:鄭軍偉,郟州大學(xué),樹(shù)料科學(xué)與工程學(xué)院,2009媛,無(wú)機非專(zhuān)業(yè)一班了!·391