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青島大學(xué)：利用改進(jìn)靜電噴霧技術(shù)優(yōu)化石墨烯薄片的排列制備高導(dǎo)電性石墨烯紙

2019-05-17 10:09:29 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

【引言】

由于具備良好的導(dǎo)電性以及優(yōu)異的機(jī)械性能，石墨烯紙作為一種石墨烯基的宏觀材料在柔性電子領(lǐng)域獲得了廣泛的研究和關(guān)注。由于石墨烯本身熔點(diǎn)高，以及分散性較差、易團(tuán)聚等原因，目前大多數(shù)組裝方法（真空抽濾、旋涂、靜電噴霧等）都采用易分散的氧化石墨烯溶液為原材料首先組裝氧化石墨烯紙，進(jìn)而利用化學(xué)法或者高溫還原得到石墨烯紙材料。由于石墨烯紙是由還原氧化石墨烯薄片組裝而成，它的性質(zhì)不但與氧化石墨烯薄片的還原程度有關(guān)，而且與還原氧化石墨烯薄片的排列方式息息相關(guān)。但目前對(duì)該領(lǐng)域的研究多集中在如何通過改進(jìn)還原方法以提高石墨烯紙的性能上，而對(duì)通過調(diào)控還原氧化石墨烯薄片的排列提高石墨烯紙性能的研究鮮有報(bào)道。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，青島大學(xué)的韓文鵬博士研究組與中科院半導(dǎo)體研究所的譚平恒教授研究組合作報(bào)道了一種利用改進(jìn)的靜電噴霧技術(shù)制備高導(dǎo)電性石墨烯紙的新方法。該方法將傳統(tǒng)靜電噴霧裝置中固定不動(dòng)的收集基底換作可移動(dòng)的收集基底（圖1（a）），通過調(diào)整靜電噴霧參數(shù)和基底水平運(yùn)動(dòng)的速度，使氧化石墨烯薄片在與基底接觸時(shí)的下落速度小于基底水平運(yùn)動(dòng)的速度，從而可以平鋪于基底之上（圖1（b）），并進(jìn)一步利用氫碘酸還原最終得到了良好排列的石墨烯紙（圖1（c））。利用角分辨偏振拉曼光譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)利用該方法制備的石墨烯紙的平均水平偏角為19.4度（圖2），遠(yuǎn)小于利用固定基底的靜電噴霧技術(shù)制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制備的石墨烯紙（28.3度）。

進(jìn)而通過對(duì)石墨烯紙的導(dǎo)電性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在相同的還原條件下，利用改進(jìn)的靜電噴霧方法制備的石墨烯紙的電導(dǎo)率大約比傳統(tǒng)靜電噴霧方法制備的石墨烯紙?zhí)岣吡?.5倍。從而證明了通過對(duì)還原氧化石墨烯薄片排列方式的優(yōu)化能夠提升石墨烯紙的性能。此外該方法制備的石墨烯紙也表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能，其組裝的雙電層電容器比容量達(dá)到235 F g-1（圖3），并表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

相關(guān)成果以題為“Highly Conductive Graphene Paper with Vertically Aligned Reduced Graphene Oxide Sheets Fabricated by Improved Electrospray Deposition Technique”發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACS Applied Materials & Interfaces上，并入選30天高下載量論文。青島大學(xué)碩士研究生燕軍祥為第一作者，青島大學(xué)韓文鵬博士和中科院半導(dǎo)體研究所劉雪璐博士為共同通訊作者。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 （a）改進(jìn)的靜電噴霧裝置示意圖（b）氧化石墨烯紙SEM圖（c）石墨烯紙SEM圖

圖2 石墨烯紙截面角分辨偏振拉曼光譜測(cè)試

圖3 石墨烯紙電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

【小結(jié)】

本文通過改進(jìn)的靜電噴霧技術(shù)成功制備了石墨烯薄片高度取向排列的石墨烯紙，并利用角分辨偏振拉曼光譜測(cè)試驗(yàn)證了該方法的有效性。證明了通過對(duì)還原氧化石墨烯薄片排列方式的優(yōu)化提升石墨烯紙導(dǎo)電性能的可行性。

文獻(xiàn)鏈接：

Highly Conductive Graphene Paper with Vertically Aligned Reduced Graphene Oxide Sheets Fabricated by Improved Electrospray Deposition Technique（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11, 10810?10817. DOI: 10.1021/acsami.8b19811）

本文由青島大學(xué)的韓文鵬博士研究組供稿。

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