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1、石墨烯透明导电薄膜水溶性石墨烯及其高导电率薄膜的制备与表征第26卷第7期2011年7月Vol.26No.7JournalofInorganicMaterialsJul.,2011无机材料学报文章编号:1000-324X(2011)07-0707-04DOI:10.3724/SP.J.1077.2011.00707水溶性石墨烯及其高导电率薄膜的制备与表征陈操1,翟文涛1,郑文革1,卢叮叮1,汪璟1,沈斌1,张好斌2(1.中国科学院宁波材料技术与工程研究所,高分子与复合材料事业部,宁波315201;2.北京化工大学材料科学与工程学院,北京10
2、0029)摘要:石墨烯表面不含含氧基团,12这导致石墨烯在水中很难分散.制备具有水溶性的石墨烯是一个研究焦点.本研究采用氧化石墨低温真空膨胀的方法,通过调控氧化石墨烯的含氧基团数目,制备具有水溶解性的石墨烯材料.AFM测试表明所制备的水溶性石墨烯的最小片层厚度约为1.7nm,尺寸为1.0μm.分散实验结果表明;所制备的石墨烯在不添加任何表面活性剂的中性水溶液情况下可以稳定分散,其浓度为0.07mg/mL;此外,电性能测试表明:石墨烯薄膜材料的导电率可高达1000S/m,比通过非共价键石墨烯制备的薄膜导电率要高.关键词:石墨烯;薄膜;电学性
3、质中图分类号:O645文献标识码:APreparationandCharacterizationofWater-solubleGrapheneandHighlyConductingFilmsCHENCao1,ZHAIWen-Tao1,ZHENGWen-Ge1,LUDing-Ding1,WANGJing1,SHENBin1,ZHANGHao-Bin2(1.NingboInstituteofMaterialTechnologyandEngineering,ChineseAcademyofSciences,Ningbo315201,China;
4、2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)Abstract:Graphenehasnooxygengroupsonitssurface,12resultinginapoordispersioninwater.Thesynthesisofgraphenewithhighwatersolubilityispopularnowadays.Inthisstudy,theoxygenconte
5、ntofgraphiteoxidewasadjustedbyalow-temperatureandhigh-vacuumexpansionprocess,theresultantgraphenesheetsexhibitedthesmallestthicknessofabout1.7nmandsizeof1.0μm.Theresultsindicatedthatpreparedgraphenecouldbestableinneutralaqueoussolutionwithoutsurfactant,andthesolubilityoft
6、hewater-solublegraphenewas0.07mg/mL.Inaddition,theelectricalconductivityofthegraphenefilmofaround1000S/mwashigherthanmanyreportednon-covalentgraphenefilms.Keywords:graphene;film;electricalproperties石墨烯,由于其特殊的机械和光电性质,是制备新颖的纳米器件和高性能复合物的理想材料[1].为了充分发挥石墨烯的优异性质,提高石墨烯在溶剂中的分散性和在
7、聚合物基体中的分散性是先决条件[2].目前,水溶性石墨烯的制备方法主要包括非共价键修饰方法和离子键修饰方法.前者主要选用具有共轭结构的高分子和小分子作为分散剂,通过π−π相互作用吸附在石墨烯表面来抑制石墨烯的团聚[3];12后者主要是在pH值为10左右的碱性条件下,通过透析除杂和控制还原,在除去氧化石墨的羟基、环氧键等官能团的同时,保留了其中的羧基负离子,利用电荷排斥作用从而得到可以分散于水中的还原石墨烯[4].通过非共价键改性修饰的方法可以得到大量并可长时间稳定存在的石墨烯分散液.但其问题在于:石墨烯表面大量吸附的稳定剂分子与石墨烯表面
8、的分子减少了石墨烯的有效吸附面积,且也降低了其导电性;而通过离子键改性修饰方法需要透析,除盐过程的周期较长,采用这种方法较收稿日期:2010-09-06;收到修改稿日期:2010-11-16作
