石墨烯/PTFE膜的制备与表征文献综述

 2021-09-25 01:09

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1.石墨烯

1.1 石墨烯的性能

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有优异的力学,热学,电学及光学性能,以及比其他碳基材料(如碳纳米管、碳纤维、石墨)更大的比表面积,因此是制备各种高强度结构材料、催化剂、传感器和能源器件的理想材料[1-2]。

1.2石墨烯的结构及制备方法

石墨烯(Graphene) 是一种 sp2杂化碳原子组成的正六边形呈蜂巢状晶格的二维片层材料[3]。石墨烯单层的二维晶体一直以来被认为是假设性结构,无法单独稳定存在。直到英国科学家 Geim 及 Novoselov 等人在 2004 年使用胶带首次从高定向热裂解石墨(Highly orientedpyrolytic graphite, HOPG)机械剥离分离出单层石墨烯[4],这一发现揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。石墨烯的制备方法追根溯源上,可以分为从上到下 (Up-Bottom)类型和从下到上(Bottom-Up)两种类型。目前,石墨烯的制备方法主要有,机械剥离法,气相沉积法(Chemical vapor deposition, CVD), 热解 SiC 法, 氧化石墨(Grapheneoxide,GO)还原法,碳管切割法,液相直接超声剥离法等[5]。

1.3石墨烯高分子复合膜

石墨烯高分子复合薄膜在结构材料、能源器件和传感器等方面具有广泛的应用。其制备技术与应用开发受到了广泛关注且取得了系列重要进展。尽管如此,目前该领域至少还存在如下几个问题: (1)石墨烯是制备石墨烯高分子复合膜的原料之一,决定了复合膜的结构、性能与应用。因此,建立宏量可控制备高质量石墨烯的新技术是该研究领域未来发展的关键; (2)石墨烯在高分子本体中的均匀分散是控制石墨烯高分子复合膜质量的重要因素。建立和发展石墨烯功能化与材料加工新技术是一个重要研究课题; (3) 有效增强石墨烯与高分子材料之间的界面相互作用,充分发挥两组分的协同作用而不损坏复合组份自身的优异性能是达到性能 1 12的效果的重要途径。因此需要进一步弄清石墨烯与高分子之间的相互作用,建立材料复合组装新技术; (4) 绿色、简单、宏量可控地制备石墨烯高分子复合膜是推进该类材料工业化进程的重要因素。因此,在确定膜材料制备工艺时需要考虑溶剂选择、能源损耗、气体或废液排放与处理等因素。总之,通过不断的研究积累与应用开发,石墨烯高分子膜将成为重要的功能材料之一,有着光明的未来。[6]

2.聚四氟乙烯(PTFE)

2.1聚四氟乙烯(PTFE)的性能

聚四氟乙烯(PTFE),具有优异的耐高低温、耐腐蚀、耐老化、高绝缘和不黏等性能、但其尺寸稳定性差、导热性能差、蠕变大、硬度低、尤其是在载荷下易磨损、使它在机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域的应用受到限制。石墨烯强度高、硬度大、具有较低的摩擦系数和优异的抗磨损性能、将其填充到PTFE 中能增强 PTFE的耐磨损性能[7]。

2.2聚四氟乙烯(PTFE)膜

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