大尺寸石墨烯的研究进展黄涛、张明杰、何朋、丁古巧石墨烯材料与应用联合实验室中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海烯望材料科技有限公司一、引言作为最具代表性、最重要的二维材料,石墨烯已被广泛应用于锂电、散热、纤维、涂料等领域,不同石墨烯材料的应用领域不尽相同。横向尺寸是石墨烯的重要指标,其重要性仅次于石墨烯的厚度/层数指标。按横向尺寸分类,石墨烯可分为:大尺寸/超大尺寸石墨烯、一般尺寸石墨烯、小尺寸石墨烯、石墨烯量子点等。高品质大尺寸石墨烯具有超高电子迁移率(200,000 cm2/V·s)、超高热导率(5300W/mK)以及超高强度等独特的优势。[1] 以氧化石墨烯(GO,和石墨烯相比含有30%的氧)为例(如图1所示),对比小尺寸氧化石墨烯(small GO)与大尺寸氧化石墨烯(large GO)的各类性能可发现,[2]大尺寸GO还原后的热导率、电导率以及力学性能等方面都远高于小尺寸石墨烯,因此制备大尺寸或超大尺寸石墨烯使得最终产品性能不断提升成为可能。我们定义石墨烯横向尺寸大于50 μm甚至大于100 μm的石墨烯材料为大尺寸石墨烯或超大尺寸石墨烯。[3] 大尺寸石墨烯虽在导电、导热等方面具有明显优势,且更易于形成石墨烯液晶、石墨烯纤维、石墨烯凝胶、石墨烯泡沫等,但却增加了在制备、分散和复合等方面的难度。本文着重阐述了大尺寸石墨烯目前的制备进展和应...
发布时间: 2020 - 04 - 01
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可穿戴电子的大力发展带来巨大的便携式、集成式甚至与人体一体化的能源需求。近年来,可穿戴柔性纳米发电机,如摩擦纳米发电机,作为有效的能量转化器件受到了研究人员的广泛关注。但现有接触—分离式摩擦纳米发电机的能量转化效率较低,同时柔性不足以及与人体相容性差等问题限制了其在可穿戴能量转化器件上的实际应用。目前提高摩擦电纳米发电机性能的主要手段有设计纳米结构以及调节材料本身,其目的都是提高材料对之间的电子转移效率,但这两种途径都带来了较高的开发成本。压电材料是一种能在外力作用下产生表面电势的材料,其表面电势能够帮助或者抑制表面电子的转移,因此将压电材料匹配到摩擦电材料体系中,能够有效增强纳米发电机的能量转化效率。中国科学院上海微系统与信息技术研究所丁古巧课题组与陶虎课题组合作提出了基于压电与摩擦电自匹配概念,并在上海交通大学夏小霞课题组和华山医院毛颖课题组的紧密合作与支持下,研发了基于压电电势修饰摩擦电的混合纳米发电机体系,发展出具有高能量转化效率的混合纳米发电机,相关结果发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201907336)上,并被选为当期的Front Cover。柔性压电材料,聚偏氟乙烯(PVDF),是一种具有高压电性能的高分子材料,被广泛用于可穿戴压电式纳米发电机与传感器,在外力作用下,PVDF能够在其表面产生较高的压电电势,且能够与摩擦电材...
发布时间: 2020 - 03 - 29
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3月28日,中科院上海微系统所研究员、博导丁古巧老师云端授课,为重庆育才中学的150名同学讲解了《石墨烯材料制备及应用》。从碳材料家族形形色色的成员,到石墨烯的神奇特性;从黑色的石墨烯粉体,到透明的石墨烯薄膜;从高端的手机、汽车产品,到日常的供暖、烘焙。神奇的石墨烯。令同学们大开眼界、目不暇接。来源:石墨烯联盟公众号
发布时间: 2020 - 03 - 29
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小尺寸石墨烯的研究进展周久顺、梁猛、张明杰、丁古巧上海烯望材料科技有限公司一、引言作为一种新型的二维碳材料,石墨烯由于在导电、导热、力学等方面表现出的优异性能,使其获得了广泛关注和系统的研究。目前,石墨烯已在塑料、纤维、导电、散热等领域展现了巨大的性能优势和应用前景。在具体应用场景中,不同横向尺寸的石墨烯,即使在缺陷和层数方面相似,但性能表达却有所差异。随着石墨烯尺寸的增大,石墨烯的分散、复合以及界面结合难度增加,但在同等添加量前提下,最终产品的导电、导热以及力学等性能随着尺寸增大而提高。超大尺寸石墨烯,通常大于10 μm,甚至大于100 μm,更适合于制备石墨烯散热膜、组装高强度石墨烯纤维、石墨烯屏蔽膜、石墨烯海绵等产品[1]。但大尺寸、超大尺寸石墨烯的制备需要独特的工艺,现有常规批量制备石墨烯的技术有氧化还原法和物理剥离法。氧化还原法选择经济的天然鳞片石墨为原料,尺寸通常在几百目,所制备的氧化石墨烯和还原石墨烯横向尺寸分布一般在几百纳米到几十个微米的范围之内,中间值在几个微米(单层率>90%以上的情况);物理剥离法制备石墨烯一般会选择具有成本优势的膨胀石墨作为原料,经过高强度的机械剪切、破碎和剥离处理后,所制备的石墨烯尺寸通常在几百纳米到几个微米。但某些石墨烯应用,例如添加石墨烯的润滑油、石墨烯改性纤维、石墨烯改性塑料、石墨烯油墨、石墨烯生物医药应用等则需要更小尺寸的石墨烯,最...
发布时间: 2020 - 03 - 23
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