廣州大學等：高效廉價製備具有超高導熱率的石墨烯層壓膜

2020-10-03 材料分析與應用

成果簡介

隨著電子技術的飛速發展，對熱管理材料的需求不斷增長。近年來，石墨烯紙被認為是替代傳統石墨化聚醯亞胺薄膜的潛在材料。儘管目前通往石墨烯紙的途徑可以實現高導熱率，但是石墨化過程中的極高能耗以及嚴重的重金屬汙染限制了石墨烯紙的應用。

本文，廣州大學Tongshun Wu與吉林大學鄒陸一等研究人員在《Carbon》期刊發表名為「Efficient and Inexpensive Preparation of Graphene Laminated Film with Ultrahigh Thermal Conductivity」的論文，研究開發了一種高效，低能耗，廉價的技術來大量生產石墨烯紙。如果不進行石墨化處理，該石墨烯層壓膜的熱導率可達到975 W m-1 ķ-1膜厚為65μm時。基於這種易於操作的技術，我們已經完成了中試工廠的測試，在8小時內每個反應器的石墨烯產能為3 kg，每卷800毫米×100米的石墨烯薄膜連續宏觀地組裝在自製的設備上。

圖文導讀

圖1。經冷凍乾燥處理的石墨烯樣品的SEM圖像（a和b），GS的二氯乙烷分散體滴在矽片上（c和d）；GS的TEM圖像（e，f）和HRTEM圖像（g）; 相應的SAED（h）；脫落石墨烯與石墨的XRD圖譜（i）; GS的拉曼光譜，並與514.5 nm雷射激發的片狀石墨進行比較（j）; XPS高解析度C 1s光譜，插圖為全光譜GS（k）；在3000毫升燒杯中5克新鮮去角質和未洗滌的GS的照片，以及用於石墨烯製備的1000升反應器的圖（l）。


圖2。（ad）dGP的SEM圖像，壓實前的橫截面形貌（a，b），dGP的表面形貌（c，d）; 熱處理之前（e，f）和之後（g，h）未壓縮的oGP; roGP的圖像（il）。


圖3。（a）roGP籌備方案；（b）通過CMC穩定化的石墨烯漿料（1.81重量％）；（ce）生產的製造設備和GP的局部照片：（c）成膜，（d）紅外乾燥，（e）乾燥筒；（f）一卷未壓縮的石墨烯薄膜，尺寸為800 mm * 100 m；（g）準備好的GP。


圖4。（a）dGP，oGP，roGP的熱導率；（b）dGP，oGP，roGP的拉伸強度；（c）壓力對roGP的導熱性和導電性的影響；（d）壓力對roGP密度和拉伸強度的影響；紅外圖像顯示熱性能（ei），在500°C下加熱（e），停止加熱1-4秒（fi）。

小結

有幾種提高導熱率的方法，例如增加結晶度，減少缺陷，減少空隙，去除雜質和增加密度。因此，大多數文獻選擇能耗高的超高溫石墨化方法。相反地，我們製備了一種缺陷少，石墨化程度高，規模大的GS，從材料來源上解決了上述問題，避免了數千度的熱處理工藝。在通過真空過濾的膜形成過程中，可以通過調節助劑獲得取向的GP。正是由於此過程的便利性和效率，開發了一套支持設備並進行了生產試驗。設備的開發和中試的完成對石墨烯的應用具有重要意義，是科研與工業化的橋梁。不僅如此，我們還使用這種方法來探索石墨烯鋰電池負極和集電器在我們先前的工作中的應用，其在支持信息文件列表的一些數據。此外，這種潛在的應用已被廣泛研究[，提出具有十分重要的意義。

文獻：

相關焦點

  • 石墨烯的製備方法及應用
    石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004 年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因在二維石墨烯材料的開創性實驗而共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
  • 清華大學張芳團隊:石墨烯基柔性薄膜的高效製備助力地下水淨化
    石墨烯基柔性自支撐薄膜具有重量輕、結構穩定、機械韌性高、耐高強度彎曲摺疊、導電高等優勢，可以很好解決塗布時電極活性物質易粉化剝離、彎折過程中短路以及材料保存問題。由於石墨烯材料表面官能團較少，分散液中溶解度較低，不易直接製備成柔性薄膜，因此常利用氧化石墨烯（GO）前驅體後還原方式製備，其中真空抽濾法由於設備廉價、操作簡單、定量方便等特點被研究者廣泛使用。但該方法存在部分局限：1. 水系抽濾法耗時較長，分散溶劑揮發較慢，無法達到快速製備的目的；2. 製備的薄膜尺寸較小，難以實現規模化生產。
  • 浙大製造出新型石墨烯膜材料:柔性好,導熱強 解決世界難題
    通過巧妙設計，浙江大學高分子系高超教授團隊研發出一種新型石墨烯組裝膜：它是目前導熱率最高的宏觀材料，同時具有超柔性，能被反覆摺疊6000次，承受彎曲十萬次。這一進展解決了宏觀材料高導熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望廣泛應用於高效熱管理、新一代柔性電子器件及航空航天等領域。
  • 鋁基-石墨烯改性增強複合材料,已實現鋁材導熱率的突破
    ，單層石墨烯的導熱率是目前已知材料中最高的，而石墨烯與鋁基材料的結合，將很大程度鋁材的材料性能。石墨烯(圖片素材來源網絡)石墨烯-鋁基增強複合材料的製備製備原材料：純度為99%以上的純鋁粉、96%以上純度石墨烯粉末(採購現貨或者自己製備原料)製備設備、器材：電子天平(用於金屬粉末、石墨烯和磨球稱重
  • 超級電容器用石墨烯基電極材料的製備及性能研究
    摘要：同傳統二次電池相比，超級電容器具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長等優點，是一種新型高效的儲能裝置，提升其能量密度是目前主要的研究方向。石墨烯作為一種新型二維碳材料，具有電導率高、比表面積大、化學穩定性強等優異特點，是超級電容器的理想電極材料。
  • 利用廉價金屬製備高效、高穩定性的鹼性制氫電極
    利用廉價金屬製備高效、高穩定性的鹼性制氫電極 2021-01-08 22:24 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 直接溶劑剝離法製備石墨烯技術
    2.1.1 原料的選擇　　如果要製備片狀石墨烯,最好選用鱗片石墨。當然,從石墨製備石墨烯產量相當低。例如,將石墨分散在有機溶劑中進行超聲處理,得到石墨烯的產量不足1%。相對於石墨來說,膨脹石墨和石墨層間化合物具有更大的層間距,層與層之間的範德華力相對較小,得到單層石墨烯的產量更高。
  • 保暖「黑科技」:藍牙智能溫控石墨烯圍巾
    柏浩團隊製備的仿生纖維　　　　導熱率是材料熱傳導能力大小的物理量，導熱率越低越保暖。據了解，靜止空氣的導熱率是26，天然北極熊毛的導熱率是27左右，已經非常接近靜止空氣的導熱率。而柏浩團隊製備的仿生纖維，導熱率最低有19。「這種有序多孔纖維材料，和北極熊的毛一樣，具有大量大小均勻的空洞，能夠隔絕外部的冷空氣，具有高效的隔熱保溫能力。」柏浩說。
  • AM:電化學剝離層狀材料:快速高效製備二維材料的新方法
    目前廣泛採用的製備手段，包括膠帶或超聲剝離層狀晶體，化學氣相沉積生長大面積薄膜，具有產率低，性能差或者成本高等缺點。因此，無論是學界還是工業界，都在尋求一種能夠克服上述缺點的新方法。 近幾年，電化學剝離方法逐漸開始受到重視。
  • 炔烴與二氧化碳高效轉化生產炔酸
    利用分子位阻劑實現大批量剝離商業氧化石墨粉製備功能性氧化石墨烯。2. 通過改變位阻劑的用量實現了氧化石墨烯層間距可控調節。3. 銀納米粒子/氧化石墨烯複合催化劑高效催化端炔與二氧化碳反應生成炔酸。醯胺功能化的tert-GO和Ag/tert-GO製備過程。要點1：引入叔丁基對苯胺實現氧化石墨烯的可控制備氧化石墨烯廉價易得，而通過傳統超聲剝離方法製備的氧化石墨烯具有產率低，質量差等缺點。
  • 化學學院彭海琳課題組成功解析超高遷移率層狀Bi
    然而，現有被廣泛研究的二維材料在具有其固有優勢的同時也有著難以克服的缺點。比如石墨烯沒有帶隙、過渡金屬硫化k物遷移率偏低、黑磷在環境中不穩定。因此，尋找並製備同時具有高遷移率、合適帶隙及環境穩定性的二維材料，一直是重大挑戰。
  • 復旦大學:高產量水相製備石墨烯用於高性能聚合物納米複合材料
    成果簡介 石墨烯的應用需要一種高產量，低成本，可擴展的生產方法，但仍具有很高的挑戰 性。本文，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室盧紅斌課題組在《J. Appl. Polym.Sci》期刊發表名為「Highyield waterphase exfoliated fewdefect graphene for high performance polymer nanocomposites」的論文，研究報告一種水相技術，以具有超高比表面積的化學膨脹石墨為基礎，生產出具有高剝離率（92％）的極少缺陷的石墨烯納米片（FGS），並展示了其在石墨烯聚合物納米複合材料中的應用。
  • 【中安在線】中國科大成功製備釕單原子合金催化劑 廉價高效電解水...
    中安在線、中安新聞客戶端訊近日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校吳宇恩教授課題組運用創新工藝，在氧析出催化劑取得重大突破，為電解水制氫的工業化推進重要一步。「終極能源」氫能市場化的關鍵一環是氫氣高效廉價的製取。其中，電解水是最被看好的製備方式之一。
  • 「石墨烯 製備」大面積單晶粒石墨烯層的自然生長
    文章指出，石墨烯晶體的單晶生長可以在較大的（該團隊使用了5x5毫米的襯底）宏觀範圍內實現。來自中國蘇州大學的Mark Hermann Rümmeli教授和德國德勒斯登IFW的Huy Ta Quang博士是CVD合成的大師，同時還是高質量電子顯微鏡的世界領先專家
  • 石墨烯複合纖維及紡織品的製備方法與研究進展
    石墨烯複合纖維及紡織品的製備方法與研究進展 2018-01-26 11:25:56 來源：中國紡織報 　　石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體
  • 浙江理工大學石墨烯量子點製備光催化材料研究獲進展
    作為光催化技術分支的年輕「一族」，近年來二維複合材料的製備研究成為熱門。　　在浙江省自然科學基金資助、浙江理工大學化學系教授董曉平的主持下，一項名為「石墨烯量子點輔助剝離石墨相氮化碳製備二維複合材料及其光催化應用研究」的基礎研究獲得了一定進展。
  • Science Advances: 層工程剝離技術製備高質量的大面積石墨烯
    有鑑於此，韓國亞洲大學Jae-Hyun Lee、木浦國立大學Seok-Kyun Son和三星Sung Ho Cho等人，介紹了一種層工程剝離技術（LEE），該技術不僅可以保證獲得大面積的石墨烯，而且由於所用金屬和石墨烯之間的界面結合能不同，還可以選擇性控制石墨烯層的數目。
  • 利用石墨烯增強型熱管高效冷卻電子器件
    瑞典查爾姆斯科技大學的研究人員發現，基於石墨烯的熱管可以幫助解決航空電子、數據中心和其他電力電子產品中使用的電子和電力系統的冷卻問題。這項研究也有中國和義大利的研究人員參與，最近發表在開放存取期刊《Nano Select》上。
  • 青島大學:利用靜電噴霧技術製備高導電性石墨烯紙
    【成果簡介】近日，青島大學的韓文鵬博士研究組與中科院半導體研究所的譚平恆教授研究組合作報導了一種利用改進的靜電噴霧技術製備高導電性石墨烯紙的新方法。利用角分辨偏振拉曼光譜測試發現利用該方法製備的石墨烯紙的平均水平偏角為19.4度（圖2），遠小於利用固定基底的靜電噴霧技術製備的石墨烯的平均水平偏角27.5度以及其他小組用真空抽濾法製備的石墨烯紙（28.3度）。