石墨烯复合材料ppt课件.ppt
石墨烯复合材料,1,姓名：潘南燕专业：化学工程学号：G20148647,2,2004年，英国曼彻斯特大学物理学家(A.K.Geim)安德烈海姆和(K.S.Novoselove)康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在实验中采用胶带剥离法从石墨中分离出石墨烯，2010年诺贝尔物理学奖。,3参考文献1,一、石墨烯（Graphene）,1.1 石墨烯结构和性质,石墨稀(GE)，sp2杂化碳原子排列为蜂窝状的六角平面晶体，厚度只有一个碳原子。刚性结构 ，高电子迁移率,4参考文献2、3,大面积的-共轭，热学性能，力学性能，电化学性能。比表面积理论值高达2630m2/g，较低的生产成本(相对于碳纳米管)，非常适合于高性能复合材料的开发。,5参考文献3,1.1 石墨烯结构和性质,6 参考文献3、4,电阻率小,导热性好:金刚石材料热导率的2倍,电子传导速率快：高达光速的1/300,结构稳定,高机械强度和弹性:硬度130GPa,透明度高：(约97.7),1.1 石墨烯结构和性质,微机械剥离法,碳纳米管横向切割法,微波法,电弧放电法,光照还原法,石墨氧化还原法,化学还原法,溶剂热法,液相剥离石墨法,碳化硅裂解法,外延生长法,化学气相沉积法,石墨烯的制备方法,1.2 石墨烯的制备,7参考文献8 、9 11,微机械剥离,8,化学还原法,9,石墨,石墨烯,二、石墨烯复合材料,复合材料：金属、无机非金属、有机高分子，一种多相材料，具有复合材料效应，产生原始组分不具有的性能。应用：能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域。,参考文献6,2.1 GE复合材料分类,A-1 石墨烯填充聚合物A.石墨烯/聚合物 A-2 层状石墨烯聚合物 （作用方式） A-3 功能化石墨烯聚合物 B-1石墨烯/金属B.石墨烯/无机材料 B-2石墨烯/金属氧化物 B-3石墨烯/其它无机材料C.石墨烯/无机材料/聚合物,参考文献11,A. 石墨烯/聚合物复合材料,环氧树脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、依据：以共价形式，打破GE间的范德华力方法：溶液混合法、熔融共混、原位合成法A-1 石墨烯填充聚合物石墨烯随机分散在聚合物基体(2009)Liang等，溶液复合法，聚乙烯醇/GE中，拉伸强度提高约76 ；(氢键作用)(2011)Vadukumpully 等，溶液混合法，聚氯乙烯/GE复合材料，石墨烯质量分数2时，拉伸强度提高了 130；,参考文献6 、7,(2009)Zhang等，熔融共混，GE/聚对苯二甲酸，体积分数3.0%石墨烯，2.11S/m提高电导率；(2011)Patole等，原位合成法，GE/聚苯乙烯，提高聚苯乙烯的热性能；(-相互作用),A. 石墨烯/聚合物复合材料,13 参考文献6、7,A-2 层状石墨烯聚合物衍生物与聚合物复合形成层状结构,14 参考文献3、5,A. 石墨烯/聚合物复合材料,(2010)Li 等，GO 薄膜、聚(3-乙基噻吩)(P3HT)/苯基丁酸甲基脂(PCBM)混合物逐层沉积在铟锡氧化物(ITO)上，其中 GO 层负责空穴的传输，提高光伏设备效率；,15,A. 石墨烯/聚合物复合材料,A-3 功能化石墨烯聚合物共价或非共价功能化形成GO表面的含氧官能团，提高材料力学和热学性能；范德华力、静电相互作用、 -堆积对石墨烯表面修饰，不改变其化学结构，提高材料电学、光学、可溶性；(2012)谢卫刚等，GE/环氧树脂，拉伸性能随石墨烯含量的增加先增后减，当石墨烯的质量分数为 0.01，约为60MPa；(2010)Zhang Hao bin等，聚对苯二甲酸乙二酯(PE T)/GE，实现了电绝缘体到半导体的很好转变；,依据：纳米无机材料分散到石墨烯片层上 ，通过静电吸引作用与GE或GO烯相结合 方法：氧化石墨与其他材料复合，再将氧化石墨还原得到石墨烯复合材料；改性过的石墨烯与其他材料复合；,16参考文献8 、9,B. 石墨烯/无机材料,B-1 石墨烯/金属金、银、铂依据：进入石墨烯片层间，褶皱位置聚集也较为集中，同时提高金属纳米粒子和石墨烯的表面积。(2011)Spreeprasad 等， rGO/Ag 复合材料，所得材料对H g很好的吸附性，应用在水净化;(2012)张文贝，GE/Pt，(Pt粒径10 nm)，该复合物在玻璃上制成薄膜 ，可使其太阳光转化效率提高 4.36;应用：传感器、催化剂等领域,B. 石墨烯/无机材料,17参考文献8 、9,18,B. 石墨烯/无机材料,B-2 石墨烯/金属氧化物依据：GE范德华力强，疏水，易团聚，不易相容；GO大量的含氧活性官能团，理想的支撑材料。(2009)徐超等，制备了 Cu2O/石墨烯，良好电化学特性；(2012)李冬梅等，ZnO/GE，制成纳米薄膜，提高了薄膜的敏感度；(2012)M arlinda 等，水热法处理含有GO，Zn(CHCOO )2 2H2O，N aOH 和氨水的混合液，ZnO/GO，预计应用在气体探测器领域；,18参考文献8 、9,B. 石墨烯/无机材料,B-3 石墨烯/其他无机材料(2007) Watcharomne 等，GE/SiO2，石墨烯的质量分数为影响其导电率，经过 400 热处理后样品的导电率增大 。(2012)姚淑艳，石墨烯/碳纳米管，促进电子有效传递，增加电极电化学信号，应用在芦丁(药物)的检测；,19参考文献8 、9,依据：三种基体的相互协同作用，以及材料层状结构和较大的比表面积；(2012)张海英等，二氧化锡/石墨烯/聚吡咯，比电容随着聚吡咯含量的增加而增加。(2012)靳瑜，碳纳米管/聚苯胺/石墨烯，聚苯胺包裹的碳纳米管形成骨架网络支撑，具有较好电容性质；,20,C. 石墨烯/无机材料/聚合物,20参考文献8 、9 11,其制备方法主要有溶液混合法、熔融共混法、原位合成法微波法、超声法、热处理、一锅法还原、溶胶-凝胶法、插层法、丝网印刷法,21,2.2 复合材料制备,应用：电子材料、薄膜材料、储能材料、液晶材料超级电容：绿色环保，循环寿命都比电池大，储能过程是可逆的，可以反复充放电数十万次。石墨烯负载电荷形成双电层，褶皱和叠加效果，可以形成纳米孔道和纳米空穴，有利于电解液的扩散。,22,三、应用与发展前景,23,三、应用与发展前景,石墨烯(或氧化石墨烯)的边缘及表面含有大量官能团，对复合材料性能的影响；石墨烯复合材料的结构可控制备；大规模合成和产业化应用仍面临大量的问题和挑战：石墨烯生产、混合问题；毕将会改变人类的日常生活!,谢谢批评指导,24,
