Basisconcepten en structuur
Eenlaags grafeenoxide Grafeen kan worden beschouwd als een tweedimensionaal materiaal dat wordt verkregen door het exfoliëren van grafiet dat is behandeld met sterke oxidatiemiddelen. Het introduceert een overvloed aan zuurstofhoudende functionele groepen (zoals hydroxyl-, epoxy- en carboxylgroepen) op het koolstofraamwerk van grafeen. Deze groepen verstoren de oorspronkelijke geconjugeerde geleidende structuur, maar geven het materiaal een extreme hydrofiliteit, waardoor het gemakkelijk in water of polaire oplosmiddelen kan worden gedispergeerd. Dit vergemakkelijkt de daaropvolgende verwerking en functionele modificatie.
Belangrijkste kenmerken en toepassingen
De kenmerken ervan hangen nauw samen met de toepassingen, zoals hieronder beschreven:
1. Hoog specifiek oppervlak en hoge oppervlakteactiviteit
Kenmerken: De gelaagde structuur zorgt voor een enorm specifiek oppervlak, en het oppervlak is rijk aan reactieve, zuurstofhoudende functionele groepen.
Toepassing: Het is een uitstekendeelektrodemateriaalsubstraat of additief. In lithiumbatterijen of supercondensatoren kan het meer actieve plaatsen bieden, wat bevorderlijk is voor snelle ionadsorptie en -transport, waardoor de prestaties en capaciteit verbeteren.
2. Uitstekende verwerkbaarheid van de oplossing
Kenmerken: Gemakkelijk los te maken in water of polaire oplosmiddelen om een stabiele en uniforme dispersie te vormen (d.w.z. grafeenoxidedispersie).
Toepassing: Het kan worden gebruikt als kunstmatige inkt om diverse functionele dunne films te maken (zoals thermisch geleidende films, flexibele geleidende coatings), of om via natte processen uniform in andere materialen te worden verwerkt.
3. Gemakkelijk te gebruiken en aan te passen
Kenmerk: De functionele groepen op het oppervlak kunnen fungeren als d"handvattendddddh voor chemische reacties, waarbij andere moleculen of polymeren worden geënt via covalente of niet-covalente bindingen.
Toepassing: Aanpasbaar om materialen specifieke eigenschappen te geven, zoals het verbeteren van de compatibiliteit met polymeren, het introduceren van magnetische of optische eigenschappen, voor hoogwaardige composietmaterialen, biosensoren of medicijndragers.
4. Kan gebruikt worden als voorloper voor de bereiding van grafeen.
Kenmerken: Door chemische reductie, thermische reductie en andere methoden kunnen zuurstofhoudende functionele groepen gedeeltelijk of volledig worden verwijderd, kan de geleidbaarheid worden hersteld en kan gereduceerd grafeenoxide worden verkregen.
Toepassing: Dit is momenteel een van de meest gangbare methoden voor de grootschalige productie van grafeenmaterialen, en de resulterende producten worden veelvuldig gebruikt in onder andere geleidende inkten, elektromagnetische afscherming en antistatische coatings.
Bereidingsmethoden en hun voor- en nadelen
De gangbare bereidingsmethode: Momenteel is de meest gebruikte methode de verbeterde Hummers-methode en de daarvan afgeleide methoden, waarbij grafietgrondstoffen worden behandeld met oxidatiemiddelen zoals zwavelzuur en kaliumpermanganaat, waarna ze worden verkregen door te schillen, te reinigen en te drogen.
Belangrijkste voordelen: goede verwerkbaarheid, lagere kosten in vergelijking met puur grafeen, gemakkelijk te modificeren en te combineren, stabiele dispersie.
Belangrijkste nadelen: Het oxidatieproces introduceert een groot aantal defecten, wat resulteert in een aanzienlijk lagere geleidbaarheid en mechanische eigenschappen in vergelijking met perfect grafeen; Controle over de productsamenstellingEigenschappen zoals laagdikte en oxidatiegraad vormen een uitdaging in de industrie.
Belangrijke batterijtoepassingen
De toepassing van dit product op het gebied van batterijen komt hoofdzakelijk tot uiting in de volgende drie aspecten:
Efficiënt laden en ontladen: Als elektrodemateriaal kunnen het grote specifieke oppervlak en de uitstekende geleidbaarheid de transmissiesnelheid van lithiumionen en elektronen verbeteren.
Verbetering van de batterijprestaties: Wanneer het wordt gebruikt als anode- of kathodemateriaal voor supercondensatoren, kan het de levensduur van de batterij verlengen en de energie- en vermogensdichtheid verbeteren.
Elektrolytadditief: Toegevoegd in de vorm van nanocomposieten, kan het de batterijcapaciteit, de cyclusprestaties en de veiligheid verbeteren.
Multifunctionele composietmaterialen: gemakkelijk aan te passen, te combineren met andere materialen en de composieten te voorzien van eigenschappen zoals geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en versterking.
