石墨的改性及应用

学术展台A石墨的改性及应用赵帅国周青山郑军伟擴要:石墨作为导电填料用来制备导电高分子复合材料已经被广泛法采用高锰酸钾+浓硫酸+硝酸钠体系氧化石墨,因为这种方法效率研究,但是由于天然石墨层间距小、屡内不含任何基团,因此需要对石高、危险小,被研究者广泛采用。插层过程是一个熵减过程,NG经氧进行改性处理。本文概括了石墨改性后的四种应用形式膨胀石墨、氧化处理后,一方面,其层间引入了极性基团如羟基、环氧基、羧基,可化石墨、纳米石墨微片、石墨烯的制备方法,并对聚合物/石墨导电复以与高分子链相互作用降低插层自由能,促进了高分子的插层,另一方合材料的应用前景进行了展望。面,用 Hummers处理后石墨层间距可增大为0.71m,有利于高分子的关键词:石墨;聚合物;导电;复合材料1石墨的微观结构2.3纳米石墨微片石墨是种由二维的石墨烯堆积成的三维层状结构晶体,层内每个纳米石墨微片(GN)可以通过气相沉积法、机械碾磨法、电弧放碳原子通过sp2杂化以共价键结合形成正六边形平面状结构,每个碳原电法等方法来制备,但是研究者比较常用的方法是超声处理EG法,通子还有一个Pz轨道,这些轨道又都相互平行垂直于层内,形成大键,常是用浓H2SO4+浓HNO3体系处理NG,再经热处理得到EG,然后超层间通过这种类似金属键的离域键和范德华力连接,这种结构特征使石声处理浸泡在乙醇溶液中的EG,在超声作用下,石靨层间发生剥高具有金属光泽和接近金属的导电率,其结构示意图如图1超声后经过滤、水洗至中性、干燥得到NG。当以碱金属为插层剂来制备GLC时,如K,得到层间化合物KC8,然后通过加入膨胀剂可得到GN,比较常用的膨胀剂有水、乙醇等,以乙醇为膨胀剂时其反应如式〔 grapheme sheetsKC8+CH3CH20H-+8C+KOCH2CH3 +1/2H2(2)(2)式中产生的H克服石墨层间范德华力,增大石墨层间距,从而得到GN,有时候可以研究者会采用硫酸体系和碱金属体系相结合,0_335m:得到分离效果更好的GN2.4石墨烯这石屬烯是由二维蜂窝状晶格堆积成的单层碳原子,它的制备方法可以分为机械法和化学剥离法。机械法主要包括微机械分离法、取向附生法、加热SC法等,2004年英国曼彻斯特大学的 Novoselov等用微机械分离法首次制备石墨烯。化学剿离法主要包括包括热还原法和超声处理还原法,一般研究者先用 Hummers法或是改良的 Hummers法处理NG得到GO,再通过热还原法或超声处理-还原法制备得到石墨烯。热还原法主要是通过石墨层间的含氧官能团、水分子在瞬间高温作用下,热降解形成CO2或H20等小分子逸出,克服石墨层间范德华力发生剥离,同时降低了氧含量。超声处理-还原法先超声处理GO使石墨层间距增图1石晶体结构型图大,发生剥离,然后用对苯二酚、硼氢化钠、肼等还原剂进行还原,降如图1所示,天然石墨(NG)层内碳碳键长为0.142mm,层间距低氧含量从而制备得到石墨烯仅为0.335mm,且石墨层上没有任何蔫团,很难实现高分子的直接插3结束语层,因此制备低逾渗值的聚合物/石墨CPCs需要先对石墨进行改性。石墨具有价格低廉、来源广、化学稳定性好、独特的层状结构等优2聚合物/石显导电复合材料的制备点,尽管NG直接作为导电填料,得不到理想的CPC,但是石墨改性后2.1膨胀石墨可利用应用形式多,如利用EG的特点来制备泡沫CPC5,利用石墨烯的膨胀石曼(EG)的制备主要包括制备石墨层间化合物( Graphite高长径比制备低逾渗值的CPCs,并且研究者已经将其应用于泡沫材料Intercalation Composite,cC)的形成和对cc进行迅速的热处理。研究抗静电材料、电极材料等领域的研究。(作者单位:郑州大学材料科学者比较常用的插层剂为酸类和碱金属,以硫酸为插层剂时其反应如式与工程学院)(1)所示:n( graphite)+nH2s04+n2[o]→n[ graphite:Hs04]+n参考文2H20(1) [1] Sengupta R, Bhattacharya M, Bandyopadhyay S, et al. A review on(1)中,0代表氧化剂,可以为HNo3、H02、03、KMnO4等,the mechanical and electrical properties of graphite and modified graphgraphite. H04为石墨层间化合物,以碱金属为插层剂时,如K,可形ite reinforced polymer composites [J]. Progress in Polymer Science成层间化合物KC。GC的热处理温度一般在200C-1000C之间,时2011,36(5):638-670间一般为15s~308,受热的GC会产生大量的气体或热量,刺离粘合在[2]郭鹏石墨烯的削备、組装及应用研究[D]北京:北京化工大一起的石墨,使石墨呈现为在轴方向发生膨胀,增大了石墨层间距,从学,2010:1-28.而得到EG。[3] Li B, Ding B, Zhong WH. Review on polymer/graphite nanoplatelet2,2氧化石墨nanocomposites[ J]. Journal of Materials Science, 2011, 46氧化石疊(Co)的方法主要包括:Sa法、 Brodie法(17):595-5614mummers法。1859年, Brodie法采用氯酸钾和发烟硝酸体系处理得到了[4] Hummers wSJ, Offeman RE. Preparation of Graphitic Oxide[玎]Co,但是这种方法很容易引起爆炸。JAm.Chem.Soc,1958,80(6):1339Standenmaier法用氯酸钾+浓硫酸+浓硝酸体系处理NC制备了[5]应宗荣,刘海生,陈仁康,等.聚合物/石墨导电纳米复合材料Co,但是这种方法效率低、所需时间长,并且存在危险性。 Hummer制备方法进展[J.中国塑料,2008,22(11):9-14作者简介:第一作者:赵帅国,男,汉族,郑州大学,树料科学与工程学院2009级,模具专第二作者:周青山,郑州大学,材料科学与工程学院,200级,高分子模具专业H中国煤化工CNMHG第三作者:郑军伟,郏州大学,树料科学与工程学院,2009媛,无机非专业一班了!·391