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石墨烯微片

石墨烯高昂的价格限制了产业化应用。本公司通过优化生产工艺和设备,调节生产流程,极大幅度的降低了生产成本,生产了多层石墨烯材料(又称石墨烯微片)。目前本公司根据厚度的差异,石墨烯微片分为3类,第一类是厚度8~12nm的微片,约20~50层,用于高端领域,如电池和导电导热膜;第二类是厚度15~25nm,用于中高端领域,如高分子领域和润滑油;第三类厚度30~80nm,用于中低端领域,如增强塑料橡胶和阻燃剂。石墨烯微片与石墨烯相比较,其价格远远低于传统石墨烯,而且适当的表面改性和较厚的片径可以彻底解决了石墨烯微片在极性和非极性体系中分散问题,其整体性能已经完全可以满足绝大部分领域技术要求。为了更好的将石墨烯微片应用于各行各业,本公司进行了针对性的表面改性,生产了一系列专门应用于高分子领域(橡胶,涂料和塑料),锂离子电池,导电油墨,润滑油和电热浆料等领域的石墨烯微片。其宏观,微观形貌和晶体结构如图6~11所示。
 

图6  石墨烯微片宏观形貌(2000倍)

 

图7  石墨烯微片的形貌(8000倍)

 

图8  石墨烯微片的微观形貌(60000倍)

 

从图6和图7可以看出,石墨烯微片宏观大小为3~10μm,其大小分布非常均匀,没有观察到特别大或者特别厚的石墨烯微片。从图8可以看出,石墨烯微片非常薄,其厚度在8~15nm左右,而且厚度分布也非常均匀。

图9  石墨烯微片的透射电镜(多片堆积)

 

图10  石墨烯微片的透射电镜(单片平铺)

 

由图9(高端石墨烯微片)可以看出,石墨烯微片的厚度在8~15nm,分布也非常均匀,该产品片径略小一些,为2~8μm。图10为石墨烯微片的透射电镜,其厚度8~15nm,从透射电镜的衍射光斑来看,石墨烯微片仍然保持了很好的石墨六元环结构,说明其晶形完整,从而确保了石墨烯微片的优异各项性能。

 

图11  石墨烯微片的XRD

图11是石墨烯微片的X射线衍射谱,其在26.5°的衍射峰非常尖锐,对应了石墨的002晶面,这也说明了我们物理法生产的石墨烯微片在剥离过程中,没有引入氧化剂,没有破坏其晶体结构,从而保证石墨烯微片可以最大限度的保证其各项性能于接近石墨烯。

 

 

图12  石墨烯微片的拉曼光谱

 

从拉曼光谱来看,ID/IG=9.87%说明这种石墨烯的缺陷很少,晶形结构完整,氧含量低。这有利于石墨烯的提高导电性。


2、优点:

(1)化学性能稳定(耐氧化和还原介质,几乎对所有的酸、碱、盐、有机溶剂都有较好的稳定性),耐热(在氧化气氛中,耐600℃,在隋性气氛中耐2500℃,在低温不脆化不老化;在高温不软化、不蠕变和不分解,具有很好的热稳定性),导电性和导热性优异(石墨烯微片没有破坏石墨分子结构);采用物理法制备,缺陷少,杂质低;无毒环保,成本大幅度低于目前市场售价;(石墨烯微片的电阻率低,0.4~0.7微欧姆/米,是石墨块体材料的1/20,导热系数高,2000~2500,是石墨烯的一半,略微优于碳纳米管);

(2)石墨烯微片的厚度可以根据应用领域的需要调整,更薄的厚度对应了更好的性能,不但适合做导电剂,还适用于锂电池负极;更大的片层结构,更有利于相互搭接形成网络,提高材料的导电性,可以广泛应用防腐涂料和导热膜层;

(3)石墨烯微片厚度和片径分布窄,均匀;如石墨烯微片厚度为10nm,可以确保超过95%复在8~15nm范围内;

(4)石墨烯微片密度小,体积大,用量少就可以形成很好的导电导热网络;对于8~12nm石墨烯微片,其渗透阈值对应的用量仅仅是传统乙炔黑的1/2~1/3;

(5)石墨烯微片分散性优异,可以根据需要,将石墨烯微片均匀的分散在水溶液或者各种极性和非极性的有机溶剂中,便于用户使用。
 

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