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石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及应用进展

在1991年及2004年,碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GN)分别被日本电子显微镜专家Lijima[1]和英国曼彻斯特大学的两位科学家[2]发现。这两种材料自发现以来就备受瞩目。GN是一种一个原子厚度的二维纳米材料,可构建富勒烯、CNTs、石墨等碳材料[3]。CNTs是由GN表面催化生长的径向尺寸为纳米级、轴向尺寸为微米级、两端封口且结构特殊的一维碳材料,强度很大,大的长径比使其在碳纤维材料领域有很好的应用[4]。GN和CNTs在力学、电学、吸附等方面有相似的性质,如导电性好、比表面积大、机械强度高等[5]。为了使两者的优点更加突出,人们采用合适的方法将两者制备成GN/CNTs复合材料,通过协同作用,使其表现出比单一材料更加优异的性能[6];同时,该复合材料还具有质量轻、强度高[7]、导电性好[8]、三维空间微孔[9]等特性,在超级电容器、储能电池、电化学传感器、材料增强增韧、污染物吸附处理等领域具有广阔的应用前景。此外,一些改...  (本文共5页) 阅读全文>>

《炭素技术》2017年01期
炭素技术

石墨烯复合材料的应用进展

Novoselov和Geim等在2004年以石墨为原料,采用机械剥离的方法成功制备出了新型二维平面炭材料——石墨烯[1]。它具有蜂窝状结构,厚度为一个碳原子,是富勒烯、碳纳米管、石墨等碳的同素异构体的基本组成单元[2]。由于石墨烯独特的结构,使其具有特殊的物理、化学、力学等性能。如石墨烯是良好的导体[3]、有独特的电子传输性能[4]、疏水性强、化学稳定性高[5]。另外,石墨烯是最坚固的材料,其杨氏模量约为1.0 TPa[6]。除此以外,石墨烯还具有高载流子迁移率、高透明度以及强的吸收性能[7]。与此同时,石墨烯还有很好的导热性及热稳定性[8]等。自石墨烯被发现以来,国内外迅速展开了对石墨烯制备、性能以及复合材料应用等方面的研究。随着研究的日益深入,科研人员将石墨烯复合材料用于超级电容器、电池、光催化、污染物处理、材料增强增韧以及传感器等领域,使得石墨烯复合材料得到了长远发展。1石墨烯复合材料的应用1.1超级电容器领域的应用从目前...  (本文共4页) 阅读全文>>

《中国陶瓷》2017年09期
中国陶瓷

石墨烯的制备和性能研究

0引言2004年石墨烯被采用微机械法从石墨中成功分离出来,表明石墨烯在常温下的存在,引起了广泛的关注。作为一种碳原子单层片状结构新型材料,石墨烯(Graphene)被认为是自然界中已知的最薄的一种材料,厚度仅有0.3354 nm,且可以被拉伸自身长度的20%,弯曲到很大角度而不断裂,基本结构如图1所示。石墨烯具有优良的导电性(15,000 cm2/(V·S)),断裂强度高达130GPa,比表面积高达2630m2/g,吸附性超强,独特的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应等性能(室温),独特的零带隙能带结构,化学性能稳定,透光性好(97.7%)。图1石墨烯的基本结构图Fig.1 Basic structure diagram of graphene这些特性决定了其具有较好的应用价值,但如何获得性能优良的层数可控的石墨烯是关键,所以石墨烯的高质量制备具有较大的研究价值[1]。1制备方法随着对石墨烯研究的开展,出现了众多不同的制备方法,...  (本文共5页) 阅读全文>>

《化工设计通讯》2017年08期
化工设计通讯

石墨烯结构性能及其应用

石墨烯具有特殊的化学结构及优秀的力、热、光、电等物理性能,在微电子、超级电容器、涂料、电池等各种工业领域有着巨大的应用前景,其制备工艺成熟同时在各领域都得到了广泛的实用[1]。石墨烯对物理学、化学基础研究有着特殊意义,石墨烯是目前自然界中最薄最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%,随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破,基于已有的研究成果,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,能为该领域带来巨大的收益。1石墨烯的结构与性质石墨是由碳原子通过sp2杂化,形成的六角型二维蜂巢晶格型平面薄膜,可理解是单层的石墨。而石墨烯是由碳原子组成的且只有一层原子厚度的碳材料,它是一种由碳原子构成的单层片状结构的新型二维材料,也是一种单层的石墨薄片,它仅有一个碳原子的厚度(0.335nm),是已发现的最薄二维材料[2]。2石墨烯的应用2.1微电子领域石墨烯作为一种新型的二维碳材料,由于其优异的电学、光学性质以及...  (本文共1页) 阅读全文>>

《科学通报》2017年11期
科学通报

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其电化学电容性能

超级电容器作为一种介于传统电容器与可充电等人[22]采用热剥离法制备得到石墨烯纳米片,以电池之间的新型储能装置[1~5],因其比容量大、功率30%(质量分数)KOH作为电解液时测得其比电容为密度高、循环寿命长和对环境无污染等特点而备受人150 F/g.Ekchand研究组[23]采用剥离制备的石墨烯作们的关注.作为新型绿色环保产品,超级电容器能提为电极材料,在1 mol/L H2SO4电解液中测得最大比供高于传统电容器的能量密度,虽然低于电池的能电容达117 F/g.量密度,但其相比于二次电池具有更加优异的功率本文以化学气相沉积(CVD)法生长的石墨烯作密度和循环寿命.因此,超级电容器有望应用于移动为原料,利用原位复合的方法,在石墨烯表面采用通讯、电动汽车、微电子器件等领域,具有广阔的应CVD方法沉积碳纳米管(CNTs),得到石墨烯/碳纳米用前景[4~9].在超级电容器中,电极材料是关键因素,管三维纳米复合材料,以期提高超级电容...  (本文共6页) 阅读全文>>

《炭素技术》2017年04期
炭素技术

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其电化学电容性能

石墨烯和碳纳米管以其高比表面积[1],良好电化学[2]等性能而备受关注。将二者组成复合材料,不仅能抑制石墨烯因层间π—π作用堆积而造成的比表面积下降,电容性能变差等现象[3],更能利用协同效应得到单一炭材料所不具备的优异性能[4]。复合材料的制备方法可分3种:(1)以石墨烯为基质制备碳纳米管。Zhang等[5]用CVD法先制得石墨烯,进而在石墨烯基质上长出碳纳米管,虽然能得到结构规整且可控的复合材料,但过程繁复。Yang等[6]以氧化石墨为基质,尿素为碳源,采用一锅法热解得到复合材料,该方法过程简便,通过调节尿素含量可控制碳纳米管的生长,但得到的复合材料结构不够规整。(2)以碳纳米管为基质得到复合材料。Zhang等[7]用强氧化剂将多壁碳纳米管外层切开,得到氧化石墨烯/氧化碳纳米管复合物,用HI还原即得石墨烯/碳纳米管复合物,通过调节氧化时间可控制复合材料结构,但制得的复合物中石墨烯没有大面积连成整体,影响了复合物性能。Tour...  (本文共6页) 阅读全文>>