石墨烯( Gr) 是一种由sp2杂化的碳原子以六方形格子的形式成键形成的新型二维( 2D) 碳纳米材料。由于其π 电子超共轭效应和特殊的结构,使其具有优异的电学与光学性能、力学性能、热传导性能、极高的电荷载流子迁移率、出色的机械强度和柔韧性以及大的比表面积。Gr被广泛研究用于晶体管、液晶装置、电化学生物传感器、超级电容器、燃料电池、太阳能电池以及锂离子电池等领域。
微波是一种能量形式,在介质中可以转化为热量。微波加热时,微波能量通过微波吸收剂转化为热能。在这个过程中,热从材料内部产生而不是从外部吸收热源,自身整体同时升温,热能利用率高,材料整体温度梯度很小。微波加热快速、“体加热”方式,使得其制备Gr形貌更完整,分层更集中。目前在石墨烯制备技术的研究中得到广泛应用。
1、微波液相剥离法制备石墨烯
微波液相剥离法通常是将前驱体先浸入溶剂中,再进行微波加热剥离,所得Gr 层数不超过10 层。这种方法不仅环保、友好,适合快速、大量制备纳米Gr 片。通过这种方法我们可以采用微波反应釜设备来实现。
2 微波固相剥离法制备石墨烯
微波固相剥离法是直接对石墨前驱体(如氧化石墨烯)进行微波快速加热,使其5~10s内剥离成单层或多层的Gr。在石墨烯膨化的同时,氧化基团微波辐射下吸收微波产生局部高热,能引发的雪崩般的脱氧反应,有利于高效实现Gr 的合成、强化Gr 的剥离效果、减少产物团聚。我司有现成的微波膨化炉,可在气氛保护下连续化膨化氧化石墨烯(还原过程),大幅度提高效率同时,还减少材料的氧化。
3、微波辅助法制备掺杂Gr
传统加热方式会有一个较长的升温过程,而微波加热具有快速升温的特点。利用微波对样品进行掺杂,能够在数秒内达到一个较高的温度。微波辐照诱导下,含氧官能团脱去,提供活性位点; 同时掺杂源分解,分解产物接触上述活性位点形成化学键,杂原子嵌入到Gr 晶格中。在Gr 制备方法中,微波法剥离、还原效果显著,极大地提高了Gr 的制备效率,适合大批量快速生产。
4、微波辅助法制备Gr 无机纳米复合材料
目前制备Gr 无机纳米复合材料的常用方法有化学共沉淀法、高温分解法、溶剂热法等,一般需要较长的时间和严格的控制条件。随着研究的深入,制备方法趋向于简便、易控制化。由于微波具有选择性加热和升温速度快的特点,可以避免常规加热在合成过程中引起的晶粒长大、团聚的问题,进而实现在短时间内、低温下合成粒径分布窄、形态均一的Gr 无机纳米复合材料。