當前位置:首頁 > 資訊中心 > 行業新聞

福彩3d出号走势图2元网:【科普】石墨烯功能纖維

烯碳科技 |2017/2/6 11:23:14 | 分享到:

3d和尾走势图彩吧助手 www.bhrxn.icu


【科普】石墨烯功能纖維

小烯導讀


獨特的能帶結構賦予了石墨烯優異的熱學性、力學性、電學性能和光學性,使其在生物檢測器、 儲能材、傳感、導電復合膜等領域具有廣闊的應用前。介紹了近年來石墨烯及復合纖維的各種制備方法和 ,并分析對比了不同方法得到的纖維性能差,綜述了濕法紡、靜電紡、電沉積法和化學氣相沉積法等制 備石墨烯纖維的成熟工,同時總結了影響石墨烯維性能的各種因素及其在柔性電子織物中的應用,最后對 墨烯纖維的發展方向進行了展,為后續開展相關研究及石墨烯的應用提供參。


石墨烯是由碳六元環組成的二維周期蜂窩狀點陣結構,呈現出3種狀態: 零維的富勒烯,一維的碳納米管( CNT)和三維的石墨。石墨烯被發現以后,人們對其進行了大量的研究。石墨烯因具有優異的熱力學性能和電學性能而廣泛的應用于儲能材料、生物材料及導電材料等。然而,目前制備的石墨烯材料的力學性能及電學性能遠弱于單層石墨烯的理論值。


隨著社會發展的需要,材料和電子器件功能的結合已成為一種必然。通過這種結合獲得具有特定功能的石墨烯材料,實現材料和功能的完美融合, 如:石墨烯鋰電池、石墨烯超級電容器、石 墨烯儲氫器件等,以此來滿足社會發展的需求,如市場上已出現的石墨烯加熱服、石墨烯采暖壁畫、石墨烯加熱奶瓶、石墨烯加熱墊等。


近年來,柔性電子織物及儲能元件越來越受到人們的青睞,引起了研究人員極大的興趣,包括柔性的太陽能電池和超級電容器等,而石墨烯纖維作為一種高強度高導電率的纖維材料剛好符合柔性電子織物及儲能元件的要求,因此,研究人員對石墨烯纖維的研究越來越多,對其要求也越來越高。


本文主要對被賦予不同功能的石墨烯纖維的特點、制備方法及其應用進行了系統的論述,討論了不同制備方法帶來的差異性,分析了不同還原方法對最終纖維力學性能和電學性能的影響,并對其最終在柔性電子織物及儲能領域的應用進行了展望。

 

1
石墨烯纖維的制備

 

石墨烯是一種片層的二維納米粒子,不存在類似于高聚物的分子鏈,因此制備石墨烯纖維存在一定的難度,而且不同的制備方法所得的石墨烯纖維的力學強度和導電率也不一樣。


現有的研究成果將石墨烯纖維的制備方法大致分為5類:液晶紡絲法、濕法紡絲法、靜電紡絲法、電 沉積法、化學氣相沉積法(CVD) 。


1.1 液晶紡絲法


2011年,許震和高超將氧化石墨烯液晶化之后進行連續紡絲制得氧化石墨烯纖維,經化學還原后得到石墨烯纖維。這種石墨烯纖維具有較好的柔性,如圖1所示,能夠纏繞、打結、編織,具有優異的力學性能與應用前景。




2013 年,高超等利用液晶紡絲的方法將超支化聚縮水甘油醚(HPG)均勻地分散在液晶氧化石墨烯中,再通過濕法紡絲的方法得到了超高拉伸強度的仿貝殼石墨烯纖維。他將液晶自成模法與傳統的濕法紡絲法相結合制備了仿生結構的纖維,方法新穎。


1.2 濕法紡絲法


劉杰等和鄒祖煒等將碳納米管分散到氧化石墨烯溶液中利用濕法紡絲的方法得到石墨烯/碳納米管復合纖維。碳納米管的加入大大提高了石墨烯纖維的拉伸強度和電導率。所得石墨烯纖維的電導率分別為210.7和212 S/cm。


Sang Su Yoon 等和高超等都采用了濕法紡絲的方法將片層石墨烯與納米銀顆粒進行混合紡絲制備了石墨烯/納米銀復合纖維。這種方法制備的纖維結構均勻,銀納米顆粒均勻分散,同時所得的石墨烯復合纖維的電導率分別為15 830和930 S/cm,遠 高于石墨烯/碳納米管復合纖維。


通過對比發現,在石墨烯纖維中添加導電性較 好的納米顆??紗蟠笤黽郵┫宋牡緄悸?,例如添加納米銀顆??篩行У靨岣呤┫宋牡緄悸?。


1.3 靜電紡絲法


Hidetoshi Matsumoto 等將氧化石墨烯(GO) 與聚丙烯腈(PAN)混合通過靜電紡絲制得復合纖維,其拉伸強度和電導率分別為179 MPa和77 S/cm。邱 介山等將還原氧化石墨烯(RGO) 與聚丙烯腈( PAN)均溶于DMF中利用靜電紡絲的方法得到RGO / PAN復合纖維,再經過高溫煅燒后得到RGO/活性炭復合纖維,其電導率為42. 6 S/m。


沈劍鋒等和陳思浩等同樣利用靜電紡絲的方法制備了石墨烯復合纖維,但這些靜電紡絲法制備的石墨烯纖維的導電率都較低,遠小于濕法紡絲制備的石墨烯纖維。


1.4 電沉積法


于志豪等利用電化學還原法還原ITO上的氧化石墨烯,然后再通過電沉積的方法在其表面沉積納米金顆粒,得到石墨烯/金復合材料。Robert等和曲良體等同樣利用電沉積的方法分別得到石墨烯/碳納米管復合纖維與石墨烯/MnO2復合纖維,如圖2所示。




1.5 化學氣相沉積法


鐘小華等通過化學氣相沉積法(CVD)制備了碳納米管/石墨烯復合纖維,其由多股紗線復合而成。而原纖為多壁碳納米管和石墨烯片組成的復合纖維。該復合纖維的拉伸強度和電導率分別為300 MPa和1000 S/cm。曲良體等同樣利用CVD法將CNTs直接生長在石墨烯纖維的表面,得到石墨烯/CNTs 復合纖維。這種方法得到的纖維其拉伸強度和電導率分別為24. 5MPa 和12 S/cm。


以上5種方法所制得的石墨烯纖維的力學性能及導電性具有明顯的差異性。其中,濕法紡絲制得的石墨烯/納米銀復合纖維導電率最高。


2
影響石墨烯纖維性能的因素


石墨烯纖維的性能受很多因素的影響,已有研究大致將其影響因素分為3類:制備方法、填料、還原方法。


2.1 制備方法


不同的制備方法所得的石墨烯纖維性能不同。 受傳統的紡絲方法的影響,液晶紡絲、濕法紡絲和靜電紡絲所紡制的纖維本身的性能就具有一定的差異。對比了幾種方法制得的石墨烯纖維的力學性能發現,液晶紡絲制得的石墨烯纖維拉伸強度都較高,而靜電紡絲制得的石墨烯纖維拉伸強度大都比較低。


2.2 填料


不同的填料對石墨烯纖維的拉伸性能及導電率有著不同的影響。本文主要對比了3種填料對石墨烯纖維性能的影響:高聚物、無機非金屬、金屬。一般情況下填料為高聚物時都是通過靜電紡絲的方法制備石墨烯纖維。

轉自:烯碳資訊