Concetti di base e struttura
Ossido di grafene monostrato può essere inteso come un materiale bidimensionale ottenuto esfoliando la grafite trattata con forti ossidanti. Introduce abbondanti gruppi funzionali contenenti ossigeno (come gruppi idrossilici, epossidici e carbossilici) sulla struttura carboniosa del grafene. Questi gruppi interrompono la struttura conduttiva coniugata originale, ma conferiscono un'estrema idrofilia, consentendo una facile dispersione in acqua o solventi polari, facilitando la successiva lavorazione e modifica funzionale.
Caratteristiche principali e applicazioni
Le sue caratteristiche sono strettamente correlate alle applicazioni, come segue:
1. Elevata area superficiale specifica e attività superficiale
Caratteristiche: La struttura a strati gli conferisce un'enorme superficie specifica, e la superficie è ricca di gruppi funzionali contenenti ossigeno reattivo.
Applicazione: È un'eccellentemateriale dell'elettrodosubstrato o additivo. Nelle batterie al litio o nei supercondensatori, può fornire più siti attivi, favorendo un rapido assorbimento e trasporto degli ioni, migliorando così le prestazioni e la capacità.
2. Eccellente processabilità della soluzione
Caratteristiche: Facile da staccare in acqua o solventi polari per formare una dispersione stabile e uniforme (ad esempio "dispersione di ossido di grafene ").
Applicazione: Può essere utilizzato come inchiostro artificiale per preparare vari film sottili funzionali (ad esempio film termoconduttivi, rivestimenti conduttivi flessibili) o per fondersi uniformemente in altri materiali tramite processi a umido.
3. Facile da funzionalizzare e modificare
Caratteristica: I gruppi funzionali sulla superficie possono agire come "maniglie" per reazioni chimiche, innestando altre molecole o polimeri attraverso legami covalenti o non covalenti.
Applicazione: personalizzabile per conferire ai materiali proprietà specifiche, come ad esempio migliorare la compatibilità con i polimeri, introdurre proprietà magnetiche o ottiche, per materiali compositi ad alte prestazioni, biosensori o vettori di farmaci.
4. Può essere utilizzato come precursore per la preparazione del grafene
Caratteristiche: Mediante riduzione chimica, riduzione termica e altri metodi, i gruppi funzionali contenenti ossigeno possono essere rimossi parzialmente o completamente, la conduttività può essere ripristinata e si può ottenere ossido di grafene ridotto.
Applicazione: questa è attualmente una delle principali vie per la preparazione su larga scala di materiali in grafene e i prodotti risultanti sono ampiamente utilizzati in settori quali inchiostri conduttivi, schermatura elettromagnetica e rivestimenti antistatici.
Metodi di preparazione e vantaggi e svantaggi
Metodo di preparazione tradizionale: attualmente, il metodo più comunemente utilizzato è il metodo Hummers migliorato e i suoi metodi derivati, che trattano le materie prime di grafite con ossidanti come acido solforico e permanganato di potassio, per poi ottenerle tramite pelatura, pulizia ed essiccazione.
Principali vantaggi: buona lavorabilità, costo inferiore rispetto al grafene puro, facile da modificare e da comporre, dispersione stabile.
Principali svantaggi: Il processo di ossidazione introduce un gran numero di difetti, con conseguente conduttività e proprietà meccaniche significativamente inferiori rispetto al grafene perfetto; Controllo della consistenza del prodottoLa resistenza, come la dimensione dello strato e il grado di ossidazione, rappresenta una sfida nel settore.
Principali applicazioni delle batterie
L'applicazione di questo prodotto nel campo delle batterie si riflette principalmente nei seguenti tre aspetti:
Carica e scarica efficienti: in quanto materiale per elettrodi, la sua elevata superficie specifica e l'eccellente conduttività possono aumentare la velocità di trasmissione degli ioni e degli elettroni di litio.
Migliora le prestazioni della batteria: se utilizzato come materiale anodico o catodico per i supercondensatori, può prolungare la durata della batteria e migliorare la densità di energia e potenza.
Additivo elettrolitico: aggiunto sotto forma di nanocompositi, può migliorare la capacità della batteria, le prestazioni di ciclaggio e la sicurezza.
Materiali compositi multifunzionali: facili da modificare, possono essere combinati con altri materiali e conferiscono ai compositi proprietà quali conduttività, conduttività termica e rinforzo.
