中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石墨烯是由單層碳原子(sp2雜化)六方鍵合而成的二維晶體材料,其理論比表面積可達(dá)2600m2/g,室溫下,既有較突出的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能,又具有較高的電子遷移率。但是石墨烯往往會(huì)因受π-π相互作用而團(tuán)聚、堆積,導(dǎo)致比表面積縮小,電阻增大,性能大幅降低,從而限制其應(yīng)用。三維石墨烯的出現(xiàn)不僅解決了上述問(wèn)題,還因?yàn)槠滟|(zhì)輕、體積易控制、易加工及良好的機(jī)械性能等備受關(guān)注。
這種復(fù)合材料目前的合成方式一般有水熱/溶劑法、構(gòu)筑模板法、有機(jī)溶膠凝膠法、化學(xué)氣相沉積法和化學(xué)還原法。
1 水熱/溶劑法
水熱法是在特定的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中,利用水溶液作為反應(yīng)體系,將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度,在體系中產(chǎn)生高壓環(huán)境再進(jìn)行無(wú)機(jī)合成、材料制備。水熱法的溶劑是水,所以僅適用于氧化物材料或?qū)λ幻舾械牧蚧锏闹苽。利用有機(jī)溶劑代替水,在新的溶劑體系中設(shè)計(jì)出新的合成方法,就是溶劑法。
水熱/溶劑法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行,減少了環(huán)境污染,制備得到的納米材料分散結(jié)晶性良好。
2 構(gòu)筑模板法
是指在3D支架或多層薄膜中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)明確的3D多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),促進(jìn)所需材料的生長(zhǎng),再利用一定的化學(xué)物質(zhì)將模板刻蝕掉,最終得到相應(yīng)的三維石墨烯。
3 有機(jī)溶膠凝膠法
首先將原料分散在溶劑中,然后經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)生成活性單體,再聚合,進(jìn)而成為溶膠,生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠,經(jīng)過(guò)陳化、干燥和熱處理或添加改性劑來(lái)進(jìn)行控制并制備出所需材料。其中陳化使凝膠骨架的強(qiáng)度增強(qiáng),干燥過(guò)程中的收縮減少,獲得較大的孔徑或孔隙率。
4 化學(xué)氣相沉積法(CVD)
指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面,進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。
上圖為常壓下CVD法生長(zhǎng)三維石墨烯的整個(gè)系統(tǒng)的示意圖。整個(gè)系統(tǒng)包括氣源、質(zhì)量流量控制器、CVD 管式爐、氣體排除裝置和凍干裝置5大部分,其中氣體有 CH4、H2、Ar 3路氣體。
5 化學(xué)還原法
是在氧化石墨烯和其他金屬鹽溶液的混合物中加入NaBH4等還原性物質(zhì),發(fā)生化學(xué)反應(yīng),最終獲得復(fù)合材料。