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石墨烯材料的分散处理

[导读]以鳞片石墨为原料,水为介质,制备高浓度石墨烯水分散液。采用紫外可见光谱研究 表明活性剂浓度、高压均质压力和循环次数对石墨烯水分散液浓度CG的影响。

目前,通过LPE法制备石墨烯所用溶剂均为NMP等高沸点有机溶剂,此类溶剂虽然能够提高石墨烯分散液的浓度,但将对产品和环境带来不可避免的影响:有机溶剂价格高,增加生产成本;需要经过复杂的后处理过程去除有机溶剂,增加了设备和工艺的复杂性;溶剂残留易给后续石墨烯产品带来质量问题;产品无法在生物、医学等领域使用;污染环境。以水为介质则可以克服上述问题,实现低成本、绿色环保、大规模石墨烯的生产,并扩大石墨烯的应用领域。然而,石墨本身的疏水性增大了其在水中剥离和稳定分散的难度,虽然Coleman等通过低功率超声液相剥离(l ow power sonication-liquid phaseexfolidtion, LPS-LPE)法实现了石墨在水中的剥离(超声时间>100h,离心转速5000r/min),但所得石墨烯水分散液的浓度仅为30mg.L-1。鉴于HPH-LPE法在有机溶剂中对石墨烯剥离的高效性,本工作开创性地进行了环保高效的HPH-LP法水系石墨烯剥离制备的研究。采用HPH-LPE法,以水为介质,鳞片石墨为原料,在表面活性剂的作用下制备高浓度石墨烯水分散液。系统地开展了工艺参数优化研究,分析影响石墨烯水分散液浓度和石墨烯品质的关键因素。对所得石墨烯水分散液进行表征发现,石墨得到了充分的剥离,所得石墨烯水分散液可制备成具有良好柔韧性和导电性的自支撑膜,有望实现在电子、储能等领域中的应用。

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