传奇私服123石墨烯碳纳米管复合材料发展现状和趋势

1985年化学家H.W.Kroto和R.E. Smally首次发现了球形碳纳米材料C60的存在,从此掀起了世界范围内对碳材料研究的热潮。1991年和2004年日本专家Lijima和英国科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov先后制得了碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GN)。这两种材料一经发现就因其优异的性能而备受瞩目,将GN和CNTs复合可使其表现出比单一材料更加优异的性能,目前已取得了一系列的科研成果。

GN/CNTs复合材料的结构和性能

CNTs和GN无法单独形成三维结构,比如CNTs只能在轴向方向上生长,GN只能形成二维平面结构,这样就在一定程度限制了其优异性能的应用。若将GN和CNTs复合形成三维结构,CNTs将孤立的石墨片层结构有效地联接起来,不仅可以充分利用两者的多种优异性质传奇私服65535,并且两者在一定程度上可互相弥补。比如石墨烯可作为碳纳米管的支撑平台以及电子的输运通道,而碳纳米管不仅可增加复合材料的比表面积,还可减少石墨烯中的缺陷对复合结构导电性能的影响。

                        变态传奇私服发布网 石墨烯(左)和碳纳米管(右)示意图

GN/CNTs复合材料的制备方法

目前石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法有很多,但都只是用于实验室研究层面,还没有形成完整体系,无法投入实际生产。故本文只着重介绍了几种应用比较广泛,有较大应用潜力的制备方法。

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化学气相沉积法

化学气相沉积法(CVD)是目前实验室最常用的石墨烯碳纳米管复合材料制备方法。通过CVD制备的GN/CNTs复合材料膜厚度均匀,成分易于控制。另外,化学气相沉积法不受基体表面形状的限制,能够使CNTs在GN基体上垂直生长,形成大面积的碳纳米管丛。

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原新开传奇私服发布站位化学还原法

原位化学还原法首先用Hummer法制备GO,然后与CNTs混合分散在溶剂中,用适当的还原剂(如水合肼、氨水等)进行原位还原制备石墨烯碳纳米管复合材料。这种方法简单、直接而且制得的复合材料结构比较均匀。缺点是不能保证GO被完全还原,可能会对材料的性能造成一定的影响。

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电泳沉积法

电泳沉积法具有沉积速率快、均质性好、膜厚度易控制且无需添加粘结剂等优点。其原理是:在胶体溶液中对电极施加电压的时候,带电胶体粒子逐渐移到电极表面放电,从而形成沉积层。电泳沉积法目前已经较成熟,具有潜在的应用价值,有望投入大批量工业生产当中。

GN/CNTs复合材料的应用领域

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在超级电容器中的应用

超级电容器能提供高于传统电容器的能量密度,相比于二次电池有着传奇私服登录器更加优异的功龙腾传奇私服率密度和循环寿命。电极材料是影响超级电容器的关键因素,决定着传奇私服开区预告超级电容器的主要性能指标。在微观结构上,CNTs可使石墨烯片层分开, 防止发生片层间的堆叠现象,同时能够为石墨烯片层间的电子传输搭建桥梁。GN的片层结构可以实现活性物质的高密度负载,该特性是单一的GN或CNTs所没有的。宏观上则直接体现为复合材料传奇私服免费加速器优异的比电容和循环稳定性。目前研究表明在经过上千次循环后,复合材料的比电容仍能保持90%以上。因此GN/CNTs复合材料自然成为了超级电容器的理想电极材料,并拥有广阔的应用前景。

石墨烯和石墨烯/碳纳米管复合材料在不同扫描速率下的比电容值(左)及在扫描速度 为 10 mV/s时的循环稳定性曲线(右)

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在材料增强增传奇私服补丁韧中的应用

CNTs的长径比大,机械性能好,并具有良好的自润滑功能。GN更是被誉为“新材料之王”,传奇私服发布站拥有着优异的力学性能。因此,将CNTs/GN复合材料作为增强材料加入树脂基体中有着明显的协同增强作用。这是因为GN片径比较小,更容易分散在集体中,减少了应力的集中,进而阻止了树脂基体中微裂纹的快速扩展。同时CNTs的管状结构连接了树脂基体,增加填料与基体的接触面积,增强了材料的拉伸性能。当然,目前这种技术还有许多不足,比如怎样实现纳米级的GN和CNTs在树脂中均匀分散而不产生团聚,以及如何增强其与树脂的界面黏合性。这些都是今后生产亟待解决的问题和研究的方向。

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在储能电池中的应用

随着科技的发展,锂电池尤其是以石墨为电极的锂电池等储能设备已很难满足各领域的需求。而GN和CNTs比表面积大且导传奇私服刺客电性能好,同时CNTs在GN片层之间作为桥梁使得电子可以快速传递,因此被公认为是最有潜力的电极替代材料。同时,石墨烯碳纳米管复合材料在燃烧电池中也得到广泛应用,它不仅能够增强催化活性、提高导电能力,还能够降低燃烧材料的生产成本,能够实现更大的商品价值。

GN/CNTs复合材料的发展现状和趋势

石墨烯碳纳米管复合材料具有非常优良的物理、化学性能,该复合材料能够发挥其协同反应,使得GN/CNTs复合材料的导电性、机械性等性能得到进一步增强。虽然目前的研究仍然存在着许多不足,并且尚未得到大规模的实际应用,但我们相信,随着GN/CNTs复合材料制备方法的更加完善、理论研究的更加深入,其在宏观领域的应用也将更为广阔。

参考文献:

[1]LIJIMA S.Helical microtubules of graphic carbon[J].Nature,1991,345(648):56-58.

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[3]苏江.石墨烯碳纳米管复合材料制备、性能及应用研究[J].研究与开发,2015,22(2):9-17

[4]仇鹏,王吉德,李志伟等.石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其电化学电容性能[J]. CARBON TECHNIQUES,2017,4(36):21-26.

                                                 编辑:李帆

                               校对:陆游游 王燕青 龚思浩 袁腾