氧化石墨烯
關注創建者：飛天豬主 創建時間：2018-08-23
氧化石墨烯的視頻教程
027 – COMSOL石墨烯超表面THz吸收器（含演示，80元）
石墨烯的電導率一般用 Kubo 公式描述，在本文中，由于研究的波段是 THz，所以可以將石墨烯的電導率近似為 Drude 模型。 本案例演示了如何在comsol中創建二維材料，計算了頻率為 0.5 ~ 2.5 THz 的入射光下該超表面的吸收率和電場分布。 計算的內容和結果（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 1、三種結構的吸收率。
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氧化石墨烯的實例教程
以氧化石墨烯為原料，制備有機改性氧化石墨烯，提高石墨烯的分散穩定性，并將其加入到尼龍粉體中，采用熔融紡絲工藝制備有機改性氧化石墨烯/尼龍纖維。
通過X射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、X射線光電子能譜分析等儀器，分析了石墨烯、氧化石墨烯和有機改性氧化石墨烯的結構、形態和分散性特征，結果表明：由改性的氧化石墨烯原料制備的尼龍纖維，物理性能優異，并具備石墨烯特性，具有抗菌、抗紫外、防螨蟲和遠紅外理療等功能。
隨著社會的發展和人民生活水平的提高，人們對紡織品的需求不僅僅在于保暖、耐用和舒適等傳統要求，而是更加追求功能化。石墨烯是從石墨上剝離出來的，是目前發現的可以穩定存在的最薄的、厚度只有一個原子的二維納米材料。其特殊的結構使其具有優異的物理和化學性能，在材料、生物醫藥等方面都有重要的應用市場。以當前的工藝，純石墨烯纖維無法實現量產化，因此需將石墨烯與其他化學纖維相結合，制備出石墨烯復合纖維。由于石墨烯的存在，復合纖維具有抗菌、防螨、遠紅外發熱和抗紫外等功能。本試驗主要研究了一種有機改性氧化石墨烯/尼龍纖維的制備方法，通過“石墨—石墨烯—氧化石墨烯—有機改性氧化石墨烯”的制備技術，將改性后的氧化石墨烯原料與尼龍樹脂通過熔融紡絲工藝制備出具有良好抗菌、防螨、遠紅外發熱、抗紫外等功能的纖維產品。
實驗過程
1、原
?
料
氧化石墨烯，南通強生石墨烯科技有限公司產；
尼龍切片，中國石油化工股份有限公司產；
十六烷基三甲基氯化銨，山東邦化油脂化學有限公司產。
?
2、有機改性氧化石墨烯的制備
石墨烯經高溫氧化、插層剝離法制得氧化石墨烯，再利用氧化石墨烯表面的含氧基團與十六烷基三甲基氯化銨進行氨基反應制備出有機改性氧化石墨烯。
展開 氧化石墨烯片層組裝中的結構調控已有廣泛的研究涉及，對于應用在分離過程的氧化石墨烯薄膜來說，其微結構在化學環境中的穩定性和有效性是實現分子分離的一個重要基礎。金屬陽離子因其和氧化石墨烯片層上的六元環區域和氧化官能團區域具有相互作用而能加強氧化石墨烯材料的結構物化性質。
南京工業大學金萬勤課題組近期在Science China Materials上發表論文，他們采用負載了金屬陽離子的基膜用于抽濾氧化石墨烯分散液沉積成膜，在此過程中，水相里氧化石墨烯片層的堆疊和陽離子的擴散同時發生且不會因為陽離子的引入而導致氧化石墨烯分散液絮凝。通過這種制備方法，最終得到了薄而均勻的分離膜層。論文研究了二價和一價陽離子對氧化石墨烯膜層形成的影響以及膜性能的變化，其中二價陽離子修飾后的氧化石墨烯膜表現出了更為顯著的結構穩定性和分離性能。該簡便有效的制備和改性方法對于其他二維材料的結構組裝控制也具有一定意義。
圖1 抽濾氧化石墨烯分散液沉積成膜示意圖
該研究成果最近發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9401-1。
展開 1.2 還原氧化石墨烯薄膜
雖然單層或多層石墨烯表現出良好的面內κ，但在沒有襯底的情況下直接應用在熱點上仍然存在障礙。因此，人們在石墨烯或氧化石墨烯片的組裝方法上付出了很大的努力，以獲得獨立的氧化石墨烯薄膜。由于Rouff等通過真空過濾制備出具有優異拉伸強度的氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯在水中具有優異的分散性，因此被廣泛應用于制作二維薄膜或者有機溶劑。在過去的十年中，基于氫鍵相互作用形成一層又一層致密結構的各種組裝方法被開發出來，如靜電紡絲、濕紡、鑄造、噴涂、葉片和棒材涂層。例如，在聚四氟乙烯磁盤中通過溫和蒸發工藝制備的氧化石墨烯薄膜，其k為1100 W/mk，具有20 dB的優異EMI屏蔽性能。在圖2(a-e)中，Xin等報道了用連續卷對卷方法電噴涂沉積氧化石墨烯薄膜，在2200℃退火后，薄膜的κ達到~1200 W/mk。為減小聲子界面散射，采用干泡法制備了厚度僅為0.8 μm的超薄氧化石墨烯薄膜，其κ值為~3200 W/mk
圖2.聚合物的微觀結構示意圖。
最近，連續纏繞生產氧化石墨烯薄膜，結合葉片涂層，輕度熱還原(140°C)和石墨化(2850°C)，其k值為1204 W/mk。值得注意的是，如圖2g和2h所示，采用自熔方法制備的氧化石墨烯薄膜厚度達到了~200 μm，具有很好的工業生產前景。Liu等人報道了一種快速卷對卷工藝來制造連續氧化石墨烯薄膜。經過強化焦耳加熱還原處理后，還原氧化石墨烯膜的k和電導率分別達到1285 W/mk和4200 S/cm。Huang等人提出棒狀涂層策略制備氧化石墨烯膜，石墨化處理后的氧化石墨烯膜的κ值為826 W/mk。
展開 之所以產生這樣的研究傾向，具體來說可以歸結為兩點：
其一為氧化石墨烯帶有羥基，羧基等含氧官能團，這使得氧化石墨烯具有親水性，可以均勻分散于水中，并且氧化石墨烯與很多鹽類或者親水高聚物存在氫鍵或者離子鍵作用，從而使得這些物質可以在水中均勻的負載在氧化石墨烯上或者與氧化石墨烯混合，這樣的復合材料可以應用于催化，鋰電，超級電容器、藥物導入劑等多個領域，并表現出優良的性質；
其二，氧化石墨烯是在石墨烯表面進行缺陷引入而制備出的材料，因此一定程度上保留了石墨烯大分子片層的結構，這使得氧化石墨烯具有自組裝性質，并且本身有很好的成膜性，從而使得氧化石墨烯在膜領域具有很好的應用前景。
展開 石墨烯之后的新型二維材料由于缺少表面豐富的功能性基團，導致其無法像石墨烯那樣通過氧化法實現功能化和高度的分散性。因此在將這些新型二維材料構筑成三維結構時會遇到很多困難。
清華大學深圳研究生院呂偉課題組與天津大學楊全紅課題組借助1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BDGE)與氧化石墨烯上羧基的相互作用， 實現了氧化石墨烯的快速三維組裝。此工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9363-7。
圖1 氧化石墨烯與二硫化鉬的三維自組裝結構
本工作通過表面活性劑分散其他二維材料并實現材料表面官能化，借助于這些表面官能團與BDGE的相互作用， 發展出一種普適的二維材料快速三維自組裝方法。 以二硫化鉬為例，組裝形成的三維結構顯著提高了表面利用率，極大地改善了其作為鈉離子電池負極材料的電化學性能。
來源：中國科學材料
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圖 1-1模型示意圖
本案例使用“自動計算透反率模式”研究石墨烯和特異介質的相互作用，分析透反率在有無石墨烯存在情況下的變化。光源處于近紅外波段。
模型為周期結構，圖中只顯示了該結構的一個單元，其中綠色介質為石墨烯（采用無色散介質建模），黃色介質為金，灰色介質為 Si3N4，金介質層中有空氣狹縫。光源從石墨烯的一側入射，并設為開放邊界，其余向設置為周期邊界。
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本案例使用“自動計算透反率模式”研究石墨烯和特異介質的相互作用，分析透反率在有無石墨烯存在情況下的變化。光源處于近紅外波段。
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04
氧化石墨烯二維大分子的構象工程
浙江大學高超教授、許震研究員團隊探索了二維大分子的構象原理，并在氧化石墨烯模型中建立了宏觀組裝材料的系統程序。系統總結了團隊關于氧化石墨烯 2D大分子的單分子構象行為、液晶凝聚態以及宏觀材料的工作進展。
模型預覽
ANSYS石墨烯三維幾何模型及網格劃分。
建模教程
采用CAD石墨烯生成器進行建模，并將模型導入ANSYS內，具體建模步驟如下。
1.CAD模型生成后將兩個圖層內容利用并集命令分別進行合并。
2.將球體圖層內容在原位置復制一份。
3.運用差集命令將紅色化學鍵與一份藍色原子進行差集操作
模型預覽
COMSOL石墨烯三維幾何模型及網格劃分。
建模教程
采用CAD石墨烯生成器進行建模，并將模型導入COMSOL內，具體建模步驟如下。
1.CAD模型生成后將兩個圖層內容利用并集命令分別進行合并。
2.將球體圖層內容導出為sat格式。
3.運用差集命令將紅色化學鍵與藍色原子進行差集操作
模型預覽
Abaqus石墨烯三維幾何模型及網格劃分。
建模教程
采用CAD石墨烯生成器進行建模，并將模型導入Abaqus內，具體建模步驟如下。
1.CAD模型生成后將兩個圖層內容利用并集命令分別進行合并。
2.將球體圖層內容導出為iges格式。
3.運用差集命令將紅色化學鍵與藍色原子進行差集操作
插件建立的模型中球體與圓柱體均為獨立的部件，可手動進行增添、刪除、調色、縮放等操作，以實現石墨烯的缺陷或氧化石墨烯等模型。
適用版本
插件可運行在Windows7、8、10、11系統上，支持AutoCAD 2007~2025及以上版本。
石墨烯薄膜、氧化石墨烯溶液、石墨烯粉體設備、石墨烯薄膜生長CVD設備等。
02
成果掠影
近期，同濟大學祖國慶課題組受中國傳統折紙工藝啟發，采用單軸/雙軸/三軸熱壓策略，調控氣凝膠多孔結構，構建了具有折疊和內凹多孔結構的高可拉伸、低/負泊松比還原氧化石墨烯（rGO）/聚合物基多孔超材料。該文報道了通過單軸、雙軸和三軸熱壓策略獲得的具有低泊松比或負泊松比的高拉伸多孔氧化石墨烯/聚合物納米復合彈性體。
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
高導熱、高強度的柔性導熱復合材料已經成為解決高功率密度柔性電子器件散熱問題的關鍵材料。石墨烯基導熱復合材料因石墨烯本征熱導率高和獨特的二維結構，賦予其較好的導熱性能。然而復合材料中石墨烯納米片在干燥時會收縮引入褶皺，大大降低了復合材料導熱性能和力學性能的進一步提高。本文基于面內拉伸策略和溶膠
