石墨烯变形课件.pptx

1、石墨烯/聚合物变形郑冉冉 秦雪 藏冰 刘成20140915一、快速蒸干溶剂法文献一：Hierarchical Nanohybrids with Porous CNT-Networks Decorated Crumpled Graphene Balls for Supercapacitors石墨烯褶皱微球：石墨烯褶皱微球：ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 98819889 褶皱石墨烯微球褶皱石墨烯微球是GO和Fe3+悬浮液通过超声喷雾器喷洒产生气溶胶液滴，快速快速蒸干溶剂蒸干溶剂和物理变形产生。 CNT在褶皱石墨烯微球上生长是通过化学蒸汽沉积的方法。ACS

2、 Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 98819889二、通过GO的自组装，在聚合物微球上包覆GO法。文献二：Graphene-Wrapped Hybrid Spheres of Electrical Conductivity 石墨烯片层阴离子， 聚合物微球表面带阳离子（乳液聚合）， 通过离子间作用力自组装成石墨烯包裹聚合物的微球。ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 29042911a b(a) Scanning electron microphotographs and (b) transmission electron m

3、icrophotograph of graphene-wrapped hybrid spheres.ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 29042911文献三：An aggregation-mediated assembly of graphene oxide on amine-functionalized poly(glycidyl methacrylate) microspheres for coreshell structures with controlled electrical conductivityJ. Mater. Chem. C,201

4、4, 2, 64626466 通过通过GO的的pH响应沉积调响应沉积调节自组装到聚合物微球上节自组装到聚合物微球上。pH越小，GO在聚合物微球上的厚度越大，因为pH高时，在聚合物表面上的GO和未付上的GO没有吸引力,当酸性增大时，GO上的羧基质子化不稳定，GO易沉积微球上；当酸性太强时，沉积速度太快，形成一些GO聚集物。J. Mater. Chem. C,2014, 2, 64626466 文献四：Graphene oxide coated coreshell structured polystyrene microsph -eres and their electrorheological

5、characteristics under applied electric field先在乙醇中分别超声分散，再混合搅拌。核壳结构的PS-GO微球是通过PS与GO间的-共轭作用。J. Mater. Chem, 2011, 21, 69166921Directing SiliconGraphene Self-Assembly as a Core/Shell Anode for High-Performance Lithium-Ion BatteriesLangmuir,2013, 29, 744749 石墨烯包覆硅纳米线，使作为电极材料，提高其放电性和导电性等。 制备：石墨烯包覆硅纳米线，通过

6、GO与硅纳米线自组装APTES: 其他方法：超声乳化-蒸发溶剂法，密度梯度和溶液过程法，碱金属剥离石墨烯法，冰冻模板化pH调节自组装法。文献五：Graphene Oxide Nanosheet Wrapped White-Emissive Conjugated Polymer Nanoparticles GO是两亲性的物质，能留在在水油界面起到表面起活性剂的作用。 通过超声乳化，蒸发溶剂。(a) Schematic illustration of the preparation of GO-PFO NPs. SEM image of GO-PFONPs. ACSNANO,2012,8(5),4

7、248-4256文献六：Inclusion and exclusion of self-assembled molecules inside graphene scrolls and control of their inner-tube diameter 石墨烯卷轴通过密度梯度和溶液过程合成。 空心石墨烯卷是通过溶液溶解或者加热使LCAs分解产生。 LCAs满足两亲性，能自组装，含有氨基三个条件。RSC Adv.,2014, 4, 3594335949Fig. 1 Graphene nanoscrolls produced by the addition of LCA to disperse

8、d graphene. HR-TEM images of N-GNSs (A) with continuously ncreasing vertical distance along an axis, (B) partially rolled up and an inset image of fast Fourier transformation and (C) with inclusion of self-assembled LCAs (inner diameter 12 nm). SEMimages ofM-GNSs (D) with the cylinder closed at one

9、end point and (E) with inclusion of LCA fiber at both open end points (inner diameter 300 nm).RSC Adv.,2014, 4, 3594335949A Chemical Route to Carbon Nanoscrolls 用低温，无催化剂的方法制备石墨卷。 碱金属能剥离石墨片层，因为碱金属与溶剂反应放出大量的热，第一步KC8剥离石墨片层，再超声形成石墨卷。SCIENCE VOL 299 28 FEBRUARY 2003文献七：An ice-templated, pH-tunable self-a

10、ssembly route to hierarchically porous graphene nanoscroll networks 在冰冻模板化pH调节自组装的过程。 GO的水溶液在水合肼中还原，只能还原面上的羟基，环氧基但不能还原边上的羧基）。 在pH 8时羧基质子化，形成石墨烯泡沫，在pH 10时，羧基去脂质化，形成石墨烯卷。Nanoscale,2014, 6,97349741 水合肼和氨水加入GO水溶液，90加热2h,冷却到室温调节pH冷冻干燥。Nanoscale,2014, 6,97349741石墨烯卷的形成机理 以上是查到的关于石墨烯变形的文献，没有查到改变接枝到石墨烯上的聚合物

11、的作用力使石墨烯变形的相关文献。 石墨烯片层/碳纳米管的形变、结构 压缩膨胀石墨，内层的石墨片层受压变形，破坏环氧/石墨烯组成，在裂纹表面的石墨烯断裂 石墨烯主要的变形：折叠、褶皱石墨烯通过滑动、层曲来减少压力Wen-Shyong Kuo，Composites: Part A 51 (2013) 5661Deformation and fracture in graphene nanosheets光滑弯曲内层折叠屈曲模态 对这些变形模式的趋势影响的因素：石墨烯片层尺寸和边界条件 滑动模式更容易发生在小片层石墨烯上，滑动表面小，阻力低。 屈曲模式更容易发生在折叠石墨烯片层，阻力大 在某些情况下，

12、当滑动受限于边缘，石墨烯片层更倾向于屈曲模式。一旦发生屈曲，压应力内层应力被释放。 边缘相互作用（edge-to-edge interactions）往往引起褶皱变形，面面相互作用（ face-to-face interactions）因其热力学稳定几乎不引起褶皱变形Jang-Kyo Kim，CARBON 66 (2014) 84 92Wrinkling in graphene sheets and graphene oxide papers 不同的褶皱变形对模量的影响Functional Supramolecular Polymers功能超分子聚合物 超分子聚合物可由预设特定结构单体形成线型

13、聚合物 主要靠氢键或键堆叠等非共价分子间作用力自组装形成 聚合物形态结构各异如无规线团、纳米线、扭曲纳米带、纳米管 在不同条件下会形成不同自组装形态，如下图G单体既可形成H纳米管也可形成F螺旋纳米带 例如此文即用六苯并蔻为核的单体分子通过不同溶剂自组装可得不同形态聚合物 AB为在THF中组装所得石墨纳米管SEM图片 CD及EF分别为在THF及THF水混合溶液组装获得聚合物的TEM照片 单体分子结构为以六苯并蔻为中心，上面带两个12烷基亲油端以及两个三甘醇亲水端组成。 单体自组装形成双链层并因非共价键分子间作用力在不同条件下结合形成石墨纳米管或石墨纳米螺旋带。通过镍纳米粒子上的碳分离合成多层的石

14、墨烯球 这里以镍纳米粒子制成球形为模板材料，醇溶液作为供给碳原子的母液，将该母液采用碳渗透法在外表层制成一个多层的石墨烯球形，通过热退火处理导致石墨烯结构稳定，并从镍纳米粒子外表面分离。 通过控制合成环境可以改变石墨烯球状体的片层数及厚度。进一步高温热处理可以改善石墨烯片层的质量Synthesis of Multilayer Graphene Balls by Carbon Segregation from Nickel NanoparticlesACS Nano 2012 石墨烯纳米带进入碳纳米管的螺旋封装石墨烯纳米带进入碳纳米管中可形成一定的螺旋结构，这里石墨烯的尺寸和碳纳米管的径向长度需满足一定的关系。机理方面：石墨烯的电子结构与碳纳米管的内层结构形成-共轭或者是范德华力形成该种特殊结构。另外，当两条石墨烯纳米带加入时，会形成类似于DNA的双螺旋结构。Helical Encapsulation of Graphene Nanoribbon into Carbon NanotubeACS Nano 2011