Concepts de base et structure
Oxyde de graphène monocouche On peut le considérer comme un matériau bidimensionnel obtenu par exfoliation de graphite traité avec des oxydants puissants. Ce procédé introduit de nombreux groupements fonctionnels oxygénés (tels que des groupements hydroxyle, époxy et carboxyle) sur la structure carbonée du graphène. Ces groupements perturbent la structure conductrice conjuguée initiale, mais confèrent une hydrophilie extrême, permettant une dispersion aisée dans l'eau ou les solvants polaires, ce qui facilite les étapes de traitement et de modification fonctionnelle ultérieures.
Principales caractéristiques et applications
Ses caractéristiques sont étroitement liées à ses applications, comme suit :
1. Surface spécifique élevée et activité de surface
Caractéristiques : Sa structure en couches lui confère une surface spécifique énorme, et sa surface est riche en groupes fonctionnels réactifs contenant de l'oxygène.
Application : C'est une excellentematériau d'électrodeSubstrat ou additif. Dans les batteries au lithium ou les supercondensateurs, il peut fournir davantage de sites actifs, ce qui favorise une adsorption et un transport rapides des ions, améliorant ainsi les performances et la capacité.
2. Excellente aptitude au traitement en solution
Caractéristiques : Facile à décoller dans l'eau ou les solvants polaires pour former une dispersion stable et uniforme (c.-à-d. dispersion d'oxyde de graphène).
Application : Il peut être utilisé comme encre fonctionnelle pour préparer divers films minces fonctionnels (tels que des films thermoconducteurs, des revêtements conducteurs flexibles), ou être incorporé uniformément dans d'autres matériaux par des procédés humides.
3. Facile à mettre en œuvre et à modifier
Caractéristique : Les groupes fonctionnels en surface peuvent servir de poignées pour les réactions chimiques, greffant d'autres molécules ou polymères par le biais de liaisons covalentes ou non covalentes.
Application : Personnalisable pour conférer aux matériaux des propriétés spécifiques, telles que l'amélioration de la compatibilité avec les polymères, l'introduction de propriétés magnétiques ou optiques, pour des matériaux composites haute performance, des biocapteurs ou des vecteurs de médicaments.
4. Peut être utilisé comme précurseur pour la préparation du graphène
Caractéristiques : Par réduction chimique, réduction thermique et autres méthodes, les groupes fonctionnels contenant de l'oxygène peuvent être partiellement ou complètement éliminés, la conductivité peut être rétablie et de l'oxyde de graphène réduit peut être obtenu.
Application : Il s'agit actuellement de l'une des principales voies de préparation à grande échelle des matériaux à base de graphène, et les produits qui en résultent sont largement utilisés dans des domaines tels que les encres conductrices, le blindage électromagnétique et les revêtements antistatiques.
Méthodes de préparation, avantages et inconvénients
Méthode de préparation courante : Actuellement, la méthode la plus couramment utilisée est la méthode Hummers améliorée et ses méthodes dérivées, qui consistent à traiter les matières premières de graphite avec des oxydants tels que l’acide sulfurique et le permanganate de potassium, puis à les obtenir par pelage, nettoyage et séchage.
Principaux avantages : bonne aptitude à la mise en œuvre, coût inférieur à celui du graphène pur, facile à modifier et à intégrer dans les composites, dispersion stable.
Principaux inconvénients : Le processus d’oxydation introduit un grand nombre de défauts, ce qui entraîne une conductivité et des propriétés mécaniques nettement inférieures à celles du graphène parfait ; le contrôle de la composition du produitDes paramètres tels que la taille des couches et le degré d'oxydation constituent un défi pour l'industrie.
Principales applications de batteries
L'application de ce produit dans le domaine des batteries se reflète principalement dans les trois aspects suivants :
Charge et décharge efficaces : En tant que matériau d'électrode, sa surface spécifique élevée et son excellente conductivité peuvent améliorer la vitesse de transmission des ions lithium et des électrons.
Amélioration des performances de la batterie : utilisé comme matériau d’anode ou de cathode pour les supercondensateurs, il peut prolonger la durée de vie de la batterie et améliorer la densité d’énergie et de puissance.
Additif pour électrolyte : ajouté sous forme de nanocomposites, il peut améliorer la capacité de la batterie, ses performances de cyclage et sa sécurité.
Matériaux composites multifonctionnels : faciles à modifier, ils peuvent être combinés avec d’autres matériaux et confèrent aux composites des propriétés telles que la conductivité, la conductivité thermique et le renforcement.
