在家动动手,自己都可以玩转石墨烯碳纳米管

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石墨烯材料经过十多年来的发展,已经逐渐走进人们的视野,谈及石墨烯,人们通常会想到哪些?石墨烯地暖?充电宝?雅迪石墨烯电池?新能源电池?还是说,充电10分钟,通话几小时?然而,并不是,现在的石墨烯电池领域才刚刚开始步入正轨,还有诸多疑难杂症需要突破才能够实现大规模应用。

当前,石墨烯的各个领域的应用正在步入研究开发阶段,还需等候些许时光才能与我们正式见面。通过查阅资料,我们不难发现,石墨烯优异的光学、电学、力学特性等物理特性正是我们生活所急需的,通过其优异的性能,再行结合其它材料的特性,就可研发出符合我们生活需求的复合材料,这种复合材料集合了两种或多种材料的特性,正好是我们所需的材料。

通过材料之间的强强联合,那就能够产生更加强悍的新材料,比如:铝基/石墨烯复合材料的实现,这种复合材料的导热性能比原本的铝金属材料强上接近两倍的程度,重量上更是比原本的铝金属材料轻的多;还有的石墨烯/碳钎维复合材料,其导热导电性能都比之碳纤维强上几倍,电阻相较碳纤维的要小很多。

碳纤维

而现在又有一款新的复合材料需要了解,那就是石墨烯/碳纳米管复合薄膜材料,这款新的复合材料同样兼具两种材料优异的物理及化学特性,其在力学性能及导电性能上比之碳纳米管材料更加优异。

碳纳米管:于年由日本饭岛澄男博士用高倍率的YEM(射电电子显微镜)发现的,其结构特性与石墨烯的结构特性相近。因此,碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成的,其有三种结构特征类型:扶手椅形纳米管(armchairform),锯齿形纳米管(zigzagform)和手性纳米管(chiralform),分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管,是一种层状中空结构。

碳纳米管

由于碳纳米管独特的结构,使得其在力学性能及电学性能上比其它材料优异,其密度较低且具有高纵横比、高模量和高强度,导热率较之金属材料高出很多,经常被应用于复合材料、储氢材料和超级电容器等领域,是一种增强型基材。

石墨烯片

氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制取

主要原材料:氧化石墨烯粉(可直接采购现货或者采用改性Hummers法制备)、碳纳米管(直径30微米以下)、分散剂(建议使用TritonX-)、聚四氟乙烯微孔滤膜(孔径0.4微米以下)、蒸馏水。

制取器具:ml烧杯多个、电子秤、超声波震荡机、真空过滤机、陶瓷器皿、真空烤箱、氩气罐。

制取步骤:

准备5只烧杯(若是需要对照数据组验证数据的话,那么就需要根据需求确定用量)、称量2.0g分散剂加进其中烧杯中,加蒸馏水ml搅拌溶解,放置干净台面待用,烧杯加盖,防止灰尘污染溶液;配置氧化石墨烯粉与碳纳米管混合粉体,其中需要对两种物料进行配比,若是想要有对照组进行验证,则需要根据实际需求进行划组配置,质量分数比自己制定,可以参照质量分数比为:%、0%75%、50%25%、25%50%、75%0%、%。若是不需要对照组,则可按照自己意向配置。按照质量分数比配置混合粉体好后,加入已经溶解分散剂的烧杯中搅拌均匀,完成后使用超声波震荡机震荡至均匀无分层。将震荡均匀的水溶液缓慢倒入真空过滤装置中进行真空抽滤,抽滤出的液体导出到烧杯或过滤容器中,而沉积于滤纸上的混合物即为复合薄膜。将滤纸上的复合薄膜取出,由于抽滤方式的不精准,往往还会残留有些许滤液或水分,就需要将其完全蒸干,需要将复合薄膜材料放置烤箱中,并通入惰性气体氩气和少量氢气,以保护材料不被反应掉,造成杂物,影响纯度。通过以上的制取步骤,我们就可以在家中制取我们需要的复合材料。当然,上述主要原材料是可以通过某宝进行采购的,但是,我们要尽可能地采购有名气的企业生产的原料,以保证原材料的纯度,以免影响到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料的制取。

烧杯

以上的方式适用于家庭式或教学的制取氧化石墨烯/碳纳米管复合材料,当然,以这种方法并不能够大批量地生产这种复合材料,采用这种方式制取的复合材料只是方便我们的日常生活使用,并不能通过此种方法去获利,若是能够有投资搞研究开发,相信很快能够实现大量生产。

氧化石墨烯/碳纳米管复合材料的日常生活用途:

学习到这项技能,在我们日常的生活中应用也是很大的,首先,我们可以通过此种方式,进行孩子的兴趣培养,培养孩子的动手能力、探索精神、思考解决问题的能力等等,这些可以从中提升孩子的兴趣,若是条件允许,还可以指导他们往科研的方向进行发展,都是有很大的效益的;除开培养孩子这方面以外,制取出来的复合材料还可以应用到我们的生活当中。

在生活中的应用也是很大的,比如说:可以用来粘锅、垫片、添加物添加进金属材料中,以强化它的性能,加进陶瓷中,使得陶瓷的抗脆性能提升,用来当个电线之类的,也可以弄成个简易手提袋之类的,很多能想到的都是可以实现的,这些生活中的方方面面都会有稍微丁点的擦边。

当然,最主要的还是在工业上的应用,比如一些灯具驱动器的导热片散热片之类应用的,都是实实在在的提升生活质量的产品,若是能够着手深入的研发,我们就能够更快从中获益。




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