碳納米管與石墨烯制成的復(fù)合材料及應(yīng)用

碳納米管與石墨烯制成的復(fù)合材料及應(yīng)用

前言：兩者利用優(yōu)良的各向異性，共同應(yīng)用于復(fù)合材料表現(xiàn)出比單一材料更優(yōu)異的性能. 

◆  石墨烯：

石墨烯是一種由單層碳原子組成的二維材料，由于其具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、硬度等性能，成為現(xiàn)代的熱門功能材料：

 具體應(yīng)用方向

 1. 鋰電池電極材料

 2. 導(dǎo)熱性能（散熱，戶外運(yùn)動(dòng)）

 3. 超級(jí)電容器電解液添加劑

 4. 導(dǎo)電塑料

◆ 碳納米管

碳納米管是一種新型的碳素材料，由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層至數(shù)十層的同軸圓管，層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2-20nm

具體應(yīng)用方向

 1. 塑料改性

 2. 微型電路芯片

 3. 靜電屏蔽

 4. 鋰電池電極

n 

    主要有三種方法配置石墨烯 / 碳納米管混合溶液：

1.使用NMP等有機(jī)溶劑

一些有機(jī)溶劑（如NMP）可分散和剝離碳納米管，在有機(jī)溶劑中可對(duì)石墨進(jìn)行剝離并得到無缺陷的石墨烯，并且得到的石墨烯產(chǎn)量大沒有表面化學(xué)修飾.

2.水為溶劑加少量表面活性劑

石墨烯和碳納米管在水中不能很好的分散，但當(dāng)加入少量表面活性劑后，由于親水性官能的作用，也可配置成分散良好的分散液。將表面活性劑聚苯乙烯磺酸鈉加入石墨烯的水分散液中，高剪切速率下進(jìn)行分散，將表面活性Triton-X100,加入到納米管水分散液中，將兩者混合制得分散均勻的石墨烯/碳納米管懸浮液，并用親水性聚碳酸脂薄膜高壓過濾，制得石墨烯/碳納米管薄膜。120°C處理去除水和表面活性劑。使用膽酸鈉作為表面活性劑和穩(wěn)定劑制得石墨烯/碳納米管均勻懸浮液，真空抽濾后得到石墨烯/碳納米管復(fù)合膜，少量石墨烯的加入可以提高導(dǎo)電性且對(duì)透明性沒有影響，其中3wt%石墨烯摻雜的復(fù)合膜的導(dǎo)電性提高了40% .

3. 水為溶劑，分散氧化石墨烯再還原石墨烯.

氧化石墨烯帶有親水性的官能團(tuán)，可以均勻地分散在水中，而且其類似于苯環(huán)的結(jié)構(gòu)可以與碳納米管的側(cè)壁相連接，在親水性的含氧官能團(tuán)的作用下，使得氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合物均勻地分散在水溶液中。利用真空過濾法制備出氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜，然后向反應(yīng)室內(nèi)通入肼蒸汽使氧化石墨烯還原成石墨烯，制得石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜并表征了其優(yōu)良的電化學(xué)性能.

■ 制備設(shè)備

                            PhD超高壓均質(zhì)機(jī)

（型號(hào)：D-60M；連續(xù)產(chǎn)能：60升/小時(shí)；最高壓力：207Mpa/30000psi）

             高 速 剪 切 機(jī)

用剪切機(jī)進(jìn)行剪切的情況下，將粉體加入純水中，達(dá)到比例后，繼續(xù)剪切20-30min，在石墨烯溶液較小之后，用高壓均質(zhì)機(jī)在5000psi預(yù)處理1次，再26000psi處理3-5次.

■ 分散效果電鏡圖

石墨烯和碳納米管具有非常優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，由于石墨烯和碳納米管間得協(xié)同效應(yīng)，使得石墨烯/碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電性，機(jī)械性等性能得到增強(qiáng)。近年來隨著其制備方法日趨成熟，在制備光電器件，儲(chǔ)能電池，電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸成熟和廣泛。