全國氧化石墨烯

當今社會日益增長的能源與環(huán)境需求對儲能電池技術(shù)的發(fā)展既是機遇也是嚴峻的挑戰(zhàn)。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優(yōu)異的導(dǎo)電能力、良好的機械性能以及獨特的形貌與結(jié)構(gòu)特征在儲能電池技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍。本文通過綜述近年來碳納米管與石墨烯分別作為鋰離子電池的復(fù)合電極材料、負極活性材料、導(dǎo)電添加劑以及新型鋰硫電池用復(fù)合導(dǎo)電載體的***應(yīng)用進展，重點討論了這兩類納米碳材料的不同應(yīng)用模式對儲能電池容量性能、倍率性能以及循環(huán)壽命的影響。同時對目前研究中存在的問題進行了總結(jié)，并對未來發(fā)展方向，如開發(fā)低成本與環(huán)境友好的高質(zhì)量材料合成技術(shù)、提升材料的分散能力以有效構(gòu)筑復(fù)合電極結(jié)構(gòu)以及開發(fā)新的應(yīng)用模式等進行了展望。石墨薄片層可以經(jīng)機械剝離剝離為氧化石墨烯。全國氧化石墨烯

自碳納米管(CNTs)在1991年被Iijima報道以來［10］，這種具有一維納米尺寸的管狀碳材料以其獨特的力學、電學、熱學及光學特性，在電極材料、醫(yī)學、儲氫裝置和催化劑等諸多領(lǐng)域［11～13］得到了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池領(lǐng)域是碳納米管相當有潛力的應(yīng)用方向之一。首先，碳納米管自身就是一種***的鋰離子電池負極材料;其次，碳納米管尤其是使用化學氣相沉積技術(shù)制備的定向生長的三維碳納米管陣列具備優(yōu)異的機械強度，并且由于其獨特的彈道電子傳導(dǎo)效應(yīng)及抗電遷移能力，其電導(dǎo)率可高達105S/m［14］。將其作為三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或?qū)щ娞砑觿┘尤氲狡渌姌O材料之中，不但可提高復(fù)合電極的電子與離子傳輸能力，還可***增強電極的機械性能。內(nèi)蒙古制備氧化石墨烯粉體氧化石墨易于接枝改性，可與復(fù)合材料進行原位復(fù)合。

氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色，市面上常見的產(chǎn)品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。因經(jīng)氧化后，其上含氧官能團增多而使性質(zhì)較石墨烯更加活潑，可經(jīng)由各種與含氧官能團的反應(yīng)而改善本身性質(zhì)。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學氧化及剝離后的產(chǎn)物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數(shù)十微米。因此，其結(jié)構(gòu)跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質(zhì)，因為其在水中具有優(yōu)越的分散性，但是，相關(guān)實驗結(jié)果顯示，氧化石墨烯實際上具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到**呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面，并降低界面間的能量。其親水性被***認知。

利用石墨烯的納米效應(yīng)，將石墨烯和其他材料制備成復(fù)合薄膜也是石墨烯應(yīng)用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復(fù)合膜散熱片，結(jié)果表明其熱導(dǎo)率達到977W/(m·K)，其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環(huán)薄膜，其熱導(dǎo)率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝（wet-spinningassembly）的方法制備石墨烯薄膜，其熱導(dǎo)率達530~810W/(m·K)?？梢?，將石墨烯和其他材料制備成復(fù)合薄膜，復(fù)合薄膜的氧化石墨烯易于剝離成穩(wěn)定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。

石墨烯薄膜具有優(yōu)異的面內(nèi)熱導(dǎo)率和良好的柔鈿性，因此經(jīng)常在可穿戴設(shè)備、電子設(shè)備等領(lǐng)域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊［７８］通過等離子增強化學氣相沉積法（ＰＥＣＶＤ）在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁，得到的納米壁具有獨特的結(jié)構(gòu)和出色的熱導(dǎo)率。在輸入電流為３５０ｍＡ的情況下，基于石墨烯納米壁組裝的ＬＥＤ在光輸出功率方面提高了３７％左右，而溫度卻降低了３．８％，說明石墨烯納米壁可用作ＬＥＤ應(yīng)用中增強散熱的良好材料。Ｋｉｍ［７９］等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液，然后通過真空抽濾得到１０ｐｍ厚的超薄氟化石墨烯薄膜（ＥＧＦ），顯示出２４２Ｗｍ－１Ｋ－１的優(yōu)異面內(nèi)熱導(dǎo)率。Ｇｕｏ＿等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，在施加３．２Ｖ電壓時，薄膜可以在６ｓ內(nèi)從室溫快速升溫至４５°Ｃ。而去除外加電壓后，石墨烯薄膜可在５ｓ內(nèi)迅速冷卻至室溫，實驗結(jié)果顯示其既具有快速的電加熱響應(yīng)，又具有高效的散熱能力。氧化石墨烯在石墨烯材料領(lǐng)域中的地位重要。化工氧化石墨烯價格

氧化石墨烯分散液含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團。全國氧化石墨烯

除了可以將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能存儲之外，石墨烯相變材料也可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能存儲。Ｗａｎｇ［６５］等人通過冰模板法制備了石墨烯納米片（ＧＮＰ）氣凝膠，然后與石蠟復(fù)合得到相變復(fù)合材料，具有高導(dǎo)熱性、較好的形狀穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，當ＧＮＰ含量為４．１ｗｔ％時熱導(dǎo)率可達到１．４２Ｗｍ－１１Ｃ１。此外，當電壓為５Ｖ時，流經(jīng)樣品的電流約為１．１８Ａ，此時溫度迅速升高，證實了其出色的電熱轉(zhuǎn)換能力。Ｌｉ［６６】等人將氣相擴散法和溶膠－凝膠法相結(jié)合，通過超臨界Ｃ０２干燥和熱退火過程，制備了具有各向異性網(wǎng)絡(luò)的三維石墨烯氣凝膠，導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率分別高達１．７１士０．２Ｗｎｒ１１Ｃ１和３４１．３Ｓｎｒ１。其相變復(fù)合材料在施加１？３Ｖ的電壓時，電－熱轉(zhuǎn)換效率比較高可以達到８５％。這項工作能夠為開發(fā)智能的電－熱轉(zhuǎn)換及存儲系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)，并證明了石墨烯相變復(fù)合材料在電子設(shè)備、太陽能存儲利用、熱管理系統(tǒng)等領(lǐng)域具備的潛力。全國氧化石墨烯