石墨烯材料可用于制备超轻泡沫结构
来源:morion日期:2016-03-17 浏览:1561次

最近科研人员发明出一种化学处理法可以制备任意大小和形状的超强、超轻石墨烯泡沫。在泡沫微观图像可以看出这种泡沫的结构,科研人员称之为称为“GO-0.5BN”,看起来极像一个纳米级建筑,由地板和墙壁相辅相成的。 这样的“建筑物”是由一对二维材料组成::地板和墙壁是在六角氮化硼的协助下由氧化石墨烯自组装形成的。

研究人员说,这种泡沫可以用于超级电容器、电池电极和气体吸收等其他领域的应用中。泡沫电子显微镜图像显示出了一层层的石墨烯氧化物在六角氮化硼作连接器帮助下堆积形成三维结构。

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图一 显示了氧化石墨烯在六角氮化硼帮助下,自组装成的地板和墙壁泡沫结构

      石墨烯是一个六角晶格的碳原子二维平面材料,以具有优越的强度和电导率着称,而石墨烯氧化物则属于石墨烯的一个变种。可以通过化学法剥离产生出大量氧化石墨。 六方氮化硼 (h-BN)看起来像氧化石墨烯。 h-BN作为绝缘体被称为“ 白色的石墨烯。

科研人员预期h-BN石墨烯氧化物会起到强化泡沫的作用,但这种有序、分层结构还不能完全被控制。“当我们观察到其结构时,我们知道这是不同于其他的泡沫,可能会有其他非常有趣的属性”科研人员说。这些泡沫结构抗应变能力强,仍能恢复到原有状态。 实验室中这种超轻材料,可以制成一些小的“飞行”样品。

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图二 氮化硼氧化石墨烯泡沫电子显微镜图像

这两个原始新材料的价格都很便宜,而且供应量也都充足。 原子层厚的氧化石墨烯以及h-BN都可以通过化学法从粉末中进行剥离,可与一些化学催化剂在适当的比例下混合、冻干。由此产生的泡沫的形状和密度会小于石墨400

电子显微镜的图像显示了在石墨烯氧化物和六角氮化硼制成的泡沫结构中的“连杆”。科研人员由纯石墨烯氧化物合成含h-BN 2550%重量的泡沫。 研究显示,含50% h-BN的泡沫结构机械性能最为稳定,虽然他们希望进一步的实验来优化配比,增加性能。 “我们发现h-BN浓度再提高的话会导致结构完整性降低”他们说。近距离观看自组装的氧化石墨烯泡沫的重叠层片,交联的h-BN是均匀的分布在材料和片层之间。

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图三  电子显微镜图像显示了泡沫制成的石墨烯氧化物和六角氮化硼的连杆

连接到石墨烯氧化物上的h-BN纳米片在结构上吸收压缩和拉伸的应力,防止氧化石墨烯片层结构不稳定出现摇摇欲坠的状况,显着提高了材料的热稳定性。 h-BN纳米片还能够阻止裂纹的传播。通过多所学科大学科研资助,科研人员利用NSF数据分析和达芬奇可视化超级计算机以及由赖斯 肯·肯尼迪信息技术研究所资BlueBioU 超级计算机, 进行h-BN/石墨烯泡沫的可行性模拟,希望早日投入到军工事业。

新闻来源:石墨烯网http://www.graphenes.net/news/show-340.html