超聲波石墨烯分散

石墨烯是一種二維蜂窩狀碳材料，由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布而組成。碳碳原子之間由sｐ２雜化結(jié)合而成，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)致使其具有很多優(yōu)異的性質(zhì)。

由于石墨烯的優(yōu)良性能，科研工作者考慮將其作為增強(qiáng)體加入到基體材料中以提高基體材料的性能。然而，石墨烯大的比表面積往往使其團(tuán)聚在一起，不僅降低了自身的吸附能力而且影響石墨烯自身優(yōu)異性能的發(fā)揮，從而影響了石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料性能的改進(jìn)。況且，這種團(tuán)聚是不可逆的，除非施加外力，如超聲和強(qiáng)力攪拌，使其均勻分散。為了得到性能優(yōu)異的石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料，科研工作者在克服石墨烯團(tuán)聚方面做了一些研究。

常用的方法之一是由氧化石墨和超聲來制備脫落氧化石墨，再通過化學(xué)方法還原成石墨烯，此法制備的石墨烯之間存在強(qiáng)大的范德華力，在溶液中容易聚集。

另一常用方法是將石墨烯均勻分散在有機(jī)溶劑或表面活性劑的水溶液中，使溶劑分子或表面活性劑分子吸附在石墨烯表面，利用經(jīng)典斥力和分子間的作用力實(shí)現(xiàn)單層石墨烯的分散。

通過物理或化學(xué)修飾方法能夠抑制石墨烯的團(tuán)聚已經(jīng)被證實(shí)，但在生成復(fù)合材料時引入的雜質(zhì)是否影響復(fù)合材料性能還有待研究。還可以采用一些表面改性和其他的方法來提高石墨烯的分散性。

常見的氧化

方法有Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法[40]，其原理均是先用強(qiáng)酸對石墨進(jìn)行處理，

然后加入強(qiáng)氧化劑進(jìn)行氧化。

氧化后的石墨通過超聲波石墨烯分散設(shè)備剝離而形成氧化石墨烯，然后加入還原劑進(jìn)行還原，從而得到石墨烯。

常用的還原劑有水合肼、NaBH4以及強(qiáng)堿超聲還原等。NaBH4由于價格比較昂貴且容易殘留B元素，

而強(qiáng)堿超聲波石墨烯分散設(shè)備還原雖然操作簡單且較環(huán)保，但很難還原*，還原后通常會有大量含氧官能團(tuán)的殘留，

因而通常采用較廉價水合肼來還原氧化石墨。水合肼還原的優(yōu)點(diǎn)在于還原能力較強(qiáng)且水合肼易于揮發(fā)，在產(chǎn)物中不會殘留雜質(zhì)，在還原過程中，通常加入適量的氨水，一方面提高水合肼的還原能力，

另一方面可以使石墨烯的表面因帶負(fù)電荷而相互排斥，進(jìn)而減少石墨烯的團(tuán)聚。

通過化學(xué)氧化還原法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，

易于實(shí)現(xiàn)對石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復(fù)合材料、儲能等研究中。但是因為氧化、

設(shè)備過程中部分碳原子的缺失以及還原過程中含氧官能團(tuán)的殘留往往使得制得的石墨烯含有較多的缺陷，使其導(dǎo)電性降低，進(jìn)而限制了其在對石墨烯質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域中的應(yīng)用。