Concepte și structură de bază
Oxid de grafen cu un singur strat poate fi înțeles ca un material bidimensional obținut prin exfolierea grafitului tratat cu oxidanți puternici. Introduce grupări funcționale care conțin oxigen abundent (cum ar fi grupările hidroxil, epoxidice și carboxil) pe structura de carbon a grafenului. Aceste grupări perturbă structura conductivă conjugată originală, dar conferă hidrofilicitate extremă, permițând o dispersie ușoară în apă sau solvenți polari, ceea ce facilitează procesarea ulterioară și modificarea funcțională.
Caracteristici și aplicații principale
Caracteristicile sale sunt strâns legate de aplicații, după cum urmează:
1. Suprafață specifică și activitate superficială ridicate
Caracteristici: Structura stratificată îi conferă o suprafață specifică imensă, iar suprafața este bogată în grupări funcționale reactive care conțin oxigen.
Aplicație: Este o excelentămaterialul electroduluisubstrat sau aditiv. În bateriile cu litiu sau supercondensatoare, poate oferi mai multe situsuri active, ceea ce conduce la adsorbția și transportul rapid al ionilor, îmbunătățind astfel performanța și capacitatea.
2. Procesabilitate excelentă a soluției
Caracteristici: Ușor de îndepărtat în apă sau solvenți polari pentru a forma o dispersie stabilă și uniformă (adică dispersie de oxid de grafen).
Aplicație: Poate fi utilizat ca cerneală artificială pentru a prepara diverse pelicule subțiri funcționale (cum ar fi pelicule termoconductoare, acoperiri conductive flexibile) sau pentru a fi compozit uniform în alte materiale prin procese umede.
3. Ușor de funcționalizat și modificat
Caracteristică: Grupările funcționale de la suprafață pot acționa ca niște mânere pentru reacții chimice, altoind alte molecule sau polimeri prin legături covalente sau necovalente.
Aplicație: Personalizabil pentru a dota materiale cu proprietăți specifice, cum ar fi îmbunătățirea compatibilității cu polimerii, introducerea de proprietăți magnetice sau optice, pentru materiale compozite de înaltă performanță, biosenzori sau purtători de medicamente.
4. Poate fi utilizat ca precursor pentru prepararea grafenului
Caracteristici: Prin reducere chimică, reducere termică și alte metode, grupările funcționale care conțin oxigen pot fi îndepărtate parțial sau complet, conductivitatea poate fi restabilită și se poate obține oxid de grafen redus.
Aplicație: Aceasta este în prezent una dintre principalele căi de preparare la scară largă a materialelor de grafen, iar produsele rezultate sunt utilizate pe scară largă în domenii precum cernelurile conductive, ecranarea electromagnetică și acoperirile antistatice.
Metode de preparare, avantaje și dezavantaje
Metoda principală de preparare: În prezent, cea mai frecvent utilizată metodă este metoda Hummers îmbunătățită și metodele sale derivate, care tratează materiile prime de grafit cu oxidanți precum acidul sulfuric și permanganatul de potasiu, apoi le obțin prin decojire, curățare și uscare.
Principalele avantaje: procesabilitate bună, cost mai mic în comparație cu grafenul pur, ușor de modificat și compozit, dispersie stabilă.
Principalele dezavantaje: Procesul de oxidare introduce un număr mare de defecte, rezultând o conductivitate și proprietăți mecanice semnificativ mai mici în comparație cu grafenul perfect; Controlul consistenței produsuluiFactorii precum dimensiunea stratului și gradul de oxidare reprezintă o provocare în industrie.
Aplicații majore ale bateriilor
Aplicarea acestui produs în domeniul bateriilor se reflectă în principal în următoarele trei aspecte:
Încărcare și descărcare eficientă: Fiind un material pentru electrod, suprafața sa specifică mare și conductivitatea excelentă pot îmbunătăți viteza de transmisie a ionilor de litiu și a electronilor.
Îmbunătățirea performanței bateriei: Atunci când este utilizat ca material anodic sau catodic pentru supercondensatoare, poate prelungi durata de viață a bateriei și poate îmbunătăți densitatea energiei și a puterii.
Aditiv electrolitic: Adăugat sub formă de nanocompozite, poate îmbunătăți capacitatea bateriei, performanța în cicluri și siguranța.
Materiale compozite multifuncționale: ușor de modificat, pot fi combinate cu alte materiale și conferă compozitelor proprietăți precum conductivitate, conductivitate termică și ranforsare.
