石墨烯分散液
石墨烯用几种不同分散剂处理
1.壳聚糖-石墨烯
将CS溶于1.0 mol/L的盐酸溶液，制备5 g/L的CS溶液，用氢氧化钠调节pH值至5.0左右.称取1 mg的石墨烯于10 mL上述CS 溶液中，超声分散30 min，可得分散良好的GN-CS悬浊液，静止2h后消退大型石墨粒子，获得浮在表面的上层清液。
（参考石墨烯_壳聚糖修饰玻碳电极测定水样中痕量铜离子方艳红、连慧婷、陈国华）
2.NMP
将0.25g石墨粉末加入到50.0mlNMP溶液中超声48h（老师，文献上要48个小时，然后我就不知道。
应该不会要这么久吧）。
在2h 后自然消退后降下大型石墨颗粒，将上清夜转移到电极改性玻璃瓶中。
3.环糊精
（1）、复合氨基－β－环糊精－石墨烯的制备：１０ｍｇＧＯ在２０．０ｍＬ去离子水中超声剥离，得到０．５ｍｇ／ｍＬ氧化石墨烯分散液，加入８０ｍｇ２０ｍＬβ－ＣＤ－ＮＨ２、３００μ
Ｌ氨水和２０μＬ水合肼，混合搅拌后，６０℃水浴３．５ｈ，得到黑色分散液，过滤，干燥即得产物。
用无水乙醇、去离子水超声清洗各
（2）电极的制备：将浓度为１．０ｍｇ／ｍＬ的β－ＣＤ－ＮＨ２／ＧＮｓ水溶液超声分散均匀，然后加入过量的Ｆｃ，超声２０ｍｉｎ，静置后，取上层黑色浑浊液，即得到β－ＣＤ－ＮＨ２／ＧＮｓ／Ｆｃ（氨基－β－环糊精－石墨烯－二茂铁）混合溶液。
取１０μＬ该溶液滴涂于处理后的ITO电极表面，烘干备用。
（参考氨基_环糊精_石墨烯_二茂铁修饰电极对多巴胺的电化学行为研究）。
石墨烯高效分散解决方案——新型石墨烯分散剂
由于石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的平面共轭结构，其片层间存在非常强的π-π作用以及范德华作用力，导致其分散性极差，严重制约了石墨烯的实际应用。
虽然传统的商品表面活性剂（如SDBS、CTAB、Triton-X、Tween 80）、高分子稳定剂（如PVP、PSS、PDDA）等都可以对石墨烯起到一定的分散稳定作用，但往往存在分散剂用量大、石墨烯浓度低等问题。
过多的分散剂用量以及过低的石墨烯浓度均是构建复合材料的不利因素。
因此，开发新型、高效、低成本的分散剂是实现石墨烯规模化应用亟待解决的重要问题。
基于此，复旦大学材料科学系、教育部先进涂料工程研究中心周树学教授团队开展了系列研究工作，开发了两种新型石墨烯分散剂，均在石墨烯复合材料制备中表现出了优异的性能，现将其研究成果做简要介绍。
多氨基阳离子型苝酰亚胺类石墨烯分散剂以一种常用的染料中间体——苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）为原料，经与系列多乙烯多胺在甲苯中回流反应、甲酸酸化处理得到此类石墨烯分散剂。
该分散剂具有在较低用量下实现石墨烯高浓度分散的特点。
研究发现，PTCDA与三乙烯四胺的反应产物HAPBI-3（图1）对石墨烯具有最佳的分散性能。
HAPBI-3用量仅为石墨烯粉末（XF 001W）质量的1/3，就能得到浓度达到2 mg/mL的分散液。
分散液zata电位值为+28.5 mV，能够长时间稳定存在。
该分散剂对石墨烯的导电性影响很小，与市售商品分散剂相比具有明显的优势（详见Cui J, Zhou S., Journal of Nanoparticle Research, 2017, 19(11): 357. DOI: 10.1007/s11051-017-4047-8）。
图1，分散剂HAPBI-3分子式及2mg/mL石墨烯分散液利用HAPBI-3的阳离子特性，将制备的石墨烯与碳纳米管分散液分别与带负电荷的磺化聚苯乙烯（SPS）微球混合，得到了均匀包覆的SPS@Graphene与SPS@MWCNT核壳型结构微球（图2a）。
石墨烯分散液
石墨烯分散液石墨烯是一种二维蜂窝状碳质新材料，由于其独特的结构石墨烯具有很多优异的性能。
石墨烯的电子迁移率(2×105cm2·v-1·s-1)，比硅半导体高100 倍。
石墨烯的力学性能也十分优异，研究者们通过原子力显微镜的针尖测量得到石墨烯的杨氏模量为 1 TPa。
石墨烯还具有独特的光学性能，单层的石墨烯仅仅吸收2.3 %的白光，对于5 层以内的石墨烯，吸光会随着层数而线性递增。
石墨烯具有如此多优异性能，可以作为光电性能优良的电子器件，被广泛研究应用于太阳能电池，传感器，显示器的部件。
高浓度稳定分散的石墨烯分散液有着巨大的应用前景，可以应用于石墨烯复合材料的制备，透明导电薄膜的工业化生产等。
但石墨烯片不亲水也不亲油，并且由于范德华力还容易发生团聚，难以长时间稳定分散在溶液中。
对于如何改善石墨烯的分散性问题，有大量的科研人员在这方面作了一系列研究，其方法主要集中在对石墨炼的表面改性、引入外来分子如负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等，也有利用还原的氧化石墨炼面内或边缘含氧官能团的静电排斥作用以减弱片层间的范德华力来达到稳定分散的目的。
最近也有报道在不加任何表面活性剂或稳定剂的情况下，通过调节分散介质的pH值达到稳定分散石墨烯的效果。
目前，用于分散石墨烯的体系主要有三种:(1)表面活性剂水溶液; (2)有机溶剂; (3)超酸。
然而，在水溶液中使用表面活性剂所得到的石墨烯的分散液浓度偏低，目前文献报道的最高值仅有0.3mg/mL;有机溶剂可得到较高浓度的石墨烯分散液，最高可达1.2mg/mL，但有机溶剂成本髙，沸点高，且不易除去，影响石墨烯的后续应用;在超酸体系中能得到目前最高浓度的石墨烯分散液(2mg/mL)，但该体系具有强酸性，对设备要求高且操作过程不易控制，很难拓展到其它应用中。
若能在水溶液体系中得到高浓度石墨烯的分散液，无疑能促进石墨烯在多领域中的广泛应用，这正是石墨烯研究领域中的一个重要课题。
石墨烯高效分散解决方案——新型石墨烯分散剂
由于石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的平面共轭结构，其片层间存在非常强的π-π作用以及范德华作用力，导致其分散性极差，严重制约了石墨烯的实际应用。
虽然传统的商品表面活性剂（如SDBS、CTAB、Triton-X、Tween 80）、高分子稳定剂（如PVP、PSS、PDDA）等都可以对石墨烯起到一定的分散稳定作用，但往往存在分散剂用量大、石墨烯浓度低等问题。
过多的分散剂用量以及过低的石墨烯浓度均是构建复合材料的不利因素。
因此，开发新型、高效、低成本的分散剂是实现石墨烯规模化应用亟待解决的重要问题。
基于此，复旦大学材料科学系、教育部先进涂料工程研究中心周树学教授团队开展了系列研究工作，开发了两种新型石墨烯分散剂，均在石墨烯复合材料制备中表现出了优异的性能，现将其研究成果做简要介绍。
多氨基阳离子型苝酰亚胺类石墨烯分散剂以一种常用的染料中间体——苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）为原料，经与系列多乙烯多胺在甲苯中回流反应、甲酸酸化处理得到此类石墨烯分散剂。
该分散剂具有在较低用量下实现石墨烯高浓度分散的特点。
研究发现，PTCDA与三乙烯四胺的反应产物HAPBI-3（图1）对石墨烯具有最佳的分散性能。
HAPBI-3用量仅为石墨烯粉末（XF 001W）质量的1/3，就能得到浓度达到2 mg/mL的分散液。
分散液zata电位值为+28.5 mV，能够长时间稳定存在。
该分散剂对石墨烯的导电性影响很小，与市售商品分散剂相比具有明显的优势（详见Cui J, Zhou S., Journal of Nanoparticle Research, 2017, 19(11): 357. DOI: 10.1007/s11051-017-4047-8）。
图1，分散剂HAPBI-3分子式及2mg/mL石墨烯分散液利用HAPBI-3的阳离子特性，将制备的石墨烯与碳纳米管分散液分别与带负电荷的磺化聚苯乙烯（SPS）微球混合，得到了均匀包覆的SPS@Graphene与SPS@MWCNT核壳型结构微球（图2a）。
石墨烯分散液的作用_解释说明以及概述
石墨烯分散液的作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述石墨烯是由碳原子形成的二维单层结构，具有出色的导电性、导热性和机械性能，且在光学和化学方面具有特殊特性。
然而，石墨烯在大规模应用中面临着困难，主要是因为其极高的结晶度使得其自发地聚集在一起形成堆积物。
为了解决这个问题并扩展其应用领域，人们开始使用石墨烯分散液。
1.2 文章结构本文将首先讨论石墨烯基础知识，包括其结构特点、物理和化学性质以及制备方法。
然后我们会详细介绍石墨烯分散液的定义，并探讨常见的制备方法。
接下来，我们会解释说明石墨烯分散液在分散效果提升、应用领域扩展和功能性增强方面发挥的作用。
最后，我们将概述当前市场情况、未来发展趋势和潜在应用领域，并给出结论。
1.3 目的本文旨在全面了解并解释说明石墨烯分散液的作用。
通过深入探索石墨烯分散液的概念、制备方法和应用，我们将揭示其在改善分散效果、扩展应用领域以及增强功能性方面的潜力。
从而为读者提供对这一新兴材料有更全面认识的基础，并展望其未来发展方向，并为实际应用带来启示。
2. 石墨烯分散液的作用2.1 石墨烯基础知识石墨烯是一种单层厚度仅为一个原子的二维结构材料，由碳原子通过共价键连接而成。
其具有出色的导电性、导热性和机械强度，以及优异的光学性能。
这些特殊属性使得石墨烯成为许多领域的重要材料。
2.2 石墨烯分散液的定义石墨烯分散液是指将石墨烯在溶剂中进行均匀分散形成的液体。
通常情况下，为了将石墨烯有效地应用于各种领域，需要将其从固态转变为可溶解于溶剂中的分散液。
2.3 石墨烯分散液的制备方法制备高质量的石墨烯分散液是一个挑战性任务，因为不同步骤可能会引入不完美和杂质。
一种常用的方法是通过机械剥离法制备高品质的单层或少层厚度的石墨烯，并将其离散化到溶剂中。
另外，还存在其他方法如化学气相沉积法和液相剥离法等。
石墨烯分散液的作用超越了单纯的形态转换，它在许多方面发挥着关键作用。
2.3.1 分散效果提升石墨烯分散液能够在溶胀基体中均匀分散，使得石墨烯具有更大的比表面积和较高的可接触面积。
石墨烯分散剂的种类与石墨烯粉体分散性的关系
石墨烯分散剂的种类与石墨烯粉体分散性的关系石墨烯具有优异的力学、电学、磁学、热学及光学等性能，其本身结构为正六边形碳环在平面内无限拓展延伸构成具有稳定的力学性能以及电学性能，石墨烯的强度可达钢材强度的 100倍，硬度可与金刚石媲美石墨烯表面电子迁移率可达2×10五次方cm²/（V·S），远高于金属铜的导电性，但是石墨烯极易团聚，而且很难分散，如何解决呢？为什么石墨烯难稳定分散？石墨烯二维材料的厚度只有几个纳米，具有纳米材料颗粒之间高强的吸附性能，故很难被完全分散开，且由于纯碳材料所固有的疏水性，使得石墨烯不能够充分分散在其他材料中，这极大地限制了材料性能的发挥，因此如何将其分散成为石墨烯应用的一个瓶颈。
目前石墨烯的各类合成技术都已经成熟，关键是石墨烯材料难以在其他基体中分散，是制约其大规模应用的难点。
没有大规模应用，石墨烯就没有发展的动力。
为响应国家环保的号召，这里主要介绍分散剂石墨烯在水性体系中的应用及分散。
介绍分散剂类型对石墨烯水分散性的影响1、离子型表面活性剂对石墨烯分散性的影响表面活性剂大体可分为离子型与非离子型，且离子型表面活性剂最为常见。
例如：阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠( SDBS）在溶液中可以使石墨烯具有良好的分散性，但是阴离子表面活性剂在电解质溶液中有不稳定的缺点；对比多种离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂在酸性溶液与碱性溶液中的分散性能，结果表明，非离子型表面活性剂对溶液酸碱性并不是很敏感，如 Brij700的分散效果几乎没有变化，并且在分散剂掺量较高的情况下区别更小。
相反，离子型表面活性剂表现出了对酸性较为敏感的特性，很多在碱性溶液中分散效果良好的分散剂，在酸性环境中几乎没有分散效果，其典型代表有 1芘丁酸、脱氧胆酸钠、SDBS 等，在实际由石墨烯制备复合材料时，分散剂的选取与溶液的酸碱性关系很大。
2、非离子型表面活性剂对石墨烯分散性的影响PVP是一种高分子聚合物，也是一种非离子表面活性剂，PVP作为石墨烯的分散液具有非常好的效果，当PVP溶液为 10mg/ mL时，可分散石墨烯的浓度达到最大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石墨烯分散液
石墨烯是一种二维蜂窝状碳质新材料，由于其独特的结构石墨烯具有很多优异的性能。
石墨烯的电子迁移率(2×105cm2·v-1·s-1)，比硅半导体高100 倍。
石墨烯的力学性能也十分优异，研究者们通过原子力显微镜的针尖测量得到石墨烯的杨氏模量为 1 TPa。
石墨烯还具有独特的光学性能，单层的石墨烯仅仅吸收2.3 %的白光，对于5 层以内的石墨烯，吸光会随着层数而线性递增。
石墨烯具有如此多优异性能，可以作为光电性能优良的电子器件，被广泛研究应用于太阳能电池，传感器，显示器的部件。
高浓度稳定分散的石墨烯分散液有着巨大的应用前景，可以应用于石墨烯复合材料的制备，透明导电薄膜的工业化生产等。
但石墨烯片不亲水也不亲油，并且由于范德华力还容易发生团聚，难以长时间稳定分散在溶液中。
对于如何改善石墨烯的分散性问题，有大量的科研人员在这方面作了一系列研究，其方法主要集中在对石墨炼的表面改性、引入外来分子如负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等，也有利用还原的氧化石墨炼面内或边缘含氧官能团的静电排斥作用以减弱片层间的范德华力来达到稳定分散的目的。
最近也有报道在不加任何表面活性剂或稳定剂的情况下，通过调节分散介质的pH值达到稳定分散石墨烯的效果。
目前，用于分散石墨烯的体系主要有三种:(1)表面活性剂水溶液; (2)有机溶剂; (3)超酸。
然而，在水溶液中使用表面活性剂所得到的石墨烯的分散液浓度偏低，目前文献报道的最高值仅有0.3mg/mL;有机溶剂可得到较高浓度的石墨烯分散液，最高可达1.2mg/mL，但有机溶剂成本髙，沸点高，且不易除去，影响石墨烯的后续应用;在超酸体系中能得到目前最高浓度的石墨烯分散液(2mg/mL)，但该体系具有强酸性，对设备要求高且操作过程不易控制，很难拓展到其它应用中。
若能在水溶液体系中得到高浓度石墨烯的分散液，无疑能促进石墨烯在多领域中的广泛应用，这正是石墨烯研究领域中的一个重要课题。
1、直接制备石墨烯分散液
目前按照制备石墨烯分散液的前驱体不同，方法大致可分为两种：一是以石墨粉为原料直接在液相中剥离制备石墨烯分散液。
这种方法主要是将石墨烯片剥离到几百个纳米粒径的薄片，利用分散液的表面能和石墨烯表面能相近，使得其
均匀分散在溶剂中，这种方法能够保持石墨烯的优异导电导热性能，但石墨烯很难以高浓度分散在溶剂中。
二是以还原氧化石墨为原料，还原氧化石墨表面含有很多极性基团，通过改性修饰这些极性基团，可以将石墨烯分散在水和有机溶剂中。
这种制备方法的优点是，石墨烯能够在溶剂中保持高浓度稳定分散，制备成的石墨烯分散液还可能有其它新的应用，但是此法制备的石墨烯分散液片层缺陷较大，难以保持石墨烯原有的高导电性能。
1.1 石墨粉的直接剥离
Khan 实验组利用石墨粉为原料，在有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮中，长时间超声剥离制备了浓度高达 1.2 mg/mL 的石墨烯分散液，单层率达到了 4 wt%。
实验组发现石墨烯粒径以及厚度与超声时间的开方呈线性关系，另外超声时间长达460 小时后剥离的石墨烯片粒径依然在 1 μm 以上，并且发现在超声过程引入了部分缺陷。
这种石墨烯分散液可用于制备一种导电性与机械性能均十分优良的薄膜。
1.2 还原氧化石墨的剥离
目前，从还原氧化石墨入手制备石墨烯分散液主要分为三类方法：一，在表面活性剂或者乳化剂存在的条件下去还原氧化石墨溶液，进而乳化功能化石墨烯；二，有机改性氧化石墨烯、热还原氧化石墨烯、化学还原氧化石墨烯使得其分散在水或者非水介质中；三，无需表面活性剂的还原氧化石墨烯分散液。
Tolle报道了一种新型合成法来制备功能化石墨烯分散液，石墨烯能够在水、乙醇、异丙醇长时间稳定分散。
分散液制备方法以还原氧化石墨为原料，石墨烯上含氧量为4~16 w%。
石墨烯分散液的制备首先通过hummers 氧化，后热还原处理，最后经过一个高压均质(high-pressure homogenization，HPH)过程，整个流程无需表面活性剂还原剂，就能够制备出浓度高达15 mg/mL 的还原氧化石墨烯分散液。
未经过HPH 过程，石墨烯会发生团聚进而发生沉淀，但是经过HPH 过程后，石墨烯片变薄，对应的溶液也可以稳定分散。
这种高浓度分散液可以通过3D 微型挤出(micro extrusion)来打印石墨烯，制备微小图案的石墨烯和独立的石墨烯薄膜。
由于未使用任何还原剂，所以制备的石墨烯是无毒无害的，并且，由于未添加任何表面活性剂，石墨烯的导电性也大大的提升了。
2、将制备好的石墨烯进行分散，制备成石墨烯分散液
分散石墨烯的溶剂既可以是有机溶剂，也可以是使用水作为溶剂。
有机溶剂
包括甲醇、乙醇、异丙醇、DMSO、DMF 和NMP 等。
在分散过程中需要用到一些表面活性剂，如十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯醇(PV A)、木质素磺酸钠(SLS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、ＤＮＡ、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
Lotya 实验组将石墨烯分散在了胆酸钠水溶液中，分散液的浓度能够达到0.3 mg/mL。
这种方法是先经过长时间超声然后再离心，通过选取合适的工艺参数发现在离心转速500~2000r/min能够得到质量较好的分散液。
通过透射电镜对分散液的表征，实验组发现石墨烯片绝大部分在10 层以内，单层的含量大于20 %，另外石墨烯片的平均长度为1 μm，平均宽度为400 nm，平均层数为4 层。
通过Raman 图谱的表征发现离心转速在2000 r/min 以下时，能够得到结构完整，缺陷很低的石墨烯片。
Lotya 实验组的还将石墨烯分散在了十二烷基磺酸钠水溶液中。
研究中通过分散液的吸光情况来判断分散液浓度，进而优化制备工艺。
透射电镜图表明40 %的片小于 5 层，单层含量为 3 %。
利用原子力显微镜说明分散液中的石墨烯缺陷非常少。
石墨烯之所以能够在水溶液中稳定分散是由于加入了表面活性剂，使得片与片之间存在库伦斥力，所以不会发生团聚。
研究者利用DLVO 和Hameker 理论分析了石墨烯稳定分散的机理。
并发现分散液中较大的片在6 个星期后就会发生沉淀，粒径较小的片依然分散在溶液中。
杨全红等人利用低温化学裂解氧化石墨方法制得了墨烯。
为了比较不同表面活性剂溶液对石墨烯的分散能力，考察了相同浓度表面活性剂溶液（SDS、SDBS、PV A、SLS、CTAB、DNA、PVP)对等量石墨烯的分散程度。
首先将不同的表面活性剂配制成相同浓度水溶液，向其中加入等量石墨烯，在冰水浴中，功率200Ｗ下超声2ｈ。
超声后，将分散液静置24h，取上层溶液离心30min(转速:5000 r/min)，再取离心管上层溶液，即得分散良好的石墨烯分散液。
提取离心管上部分散液稀释5倍后测试吸光度，由Lambert-Beer定律可知，较高吸光度对应着较高石墨烯分散液浓度，使用PVP作为分散剂的溶液具有最高吸光度值。
于是进一步考察了不同浓度(0.1 mg/mL、0.4 mg/mL、1 mg/mL和10 mg/mL) PVP 溶液分散石墨烯的能力。
结果显示，PVP浓度为10 mg/mL的石墨烯分散液(石墨烯浓度为:1.3 mg/mL)静置一个月仍可保持均一、稳定状态。
吸光度测试(10 mg/mL
的分散液稀释10倍后进行测试)表明石墨烯浓度随着PVP溶液浓度的升高而升高。
热重分析结果表明10 mg/mL PVP溶液可以分散石墨烯的最高浓度为～1.3 mg/mL。
这是采用表面活性剂作为分散剂，在水溶液体系中得到的石墨烯分散浓度最高值。