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青島大學：利用改進靜電噴霧技術優化石墨烯薄片的排列制備高導電性石墨烯紙

2019-05-17 10:09:29 作者：本網整理來源：材料人分享至：

【引言】

由于具備良好的導電性以及優異的機械性能，石墨烯紙作為一種石墨烯基的宏觀材料在柔性電子領域獲得了廣泛的研究和關注。由于石墨烯本身熔點高，以及分散性較差、易團聚等原因，目前大多數組裝方法（真空抽濾、旋涂、靜電噴霧等）都采用易分散的氧化石墨烯溶液為原材料首先組裝氧化石墨烯紙，進而利用化學法或者高溫還原得到石墨烯紙材料。由于石墨烯紙是由還原氧化石墨烯薄片組裝而成，它的性質不但與氧化石墨烯薄片的還原程度有關，而且與還原氧化石墨烯薄片的排列方式息息相關。但目前對該領域的研究多集中在如何通過改進還原方法以提高石墨烯紙的性能上，而對通過調控還原氧化石墨烯薄片的排列提高石墨烯紙性能的研究鮮有報道。

【成果簡介】

近日，青島大學的韓文鵬博士研究組與中科院半導體研究所的譚平恒教授研究組合作報道了一種利用改進的靜電噴霧技術制備高導電性石墨烯紙的新方法。該方法將傳統靜電噴霧裝置中固定不動的收集基底換作可移動的收集基底（圖1（a）），通過調整靜電噴霧參數和基底水平運動的速度，使氧化石墨烯薄片在與基底接觸時的下落速度小于基底水平運動的速度，從而可以平鋪于基底之上（圖1（b）），并進一步利用氫碘酸還原最終得到了良好排列的石墨烯紙（圖1（c））。利用角分辨偏振拉曼光譜測試發現利用該方法制備的石墨烯紙的平均水平偏角為19.4度（圖2），遠小于利用固定基底的靜電噴霧技術制備的石墨烯的平均水平偏角27.5度以及其他小組用真空抽濾法制備的石墨烯紙（28.3度）。

進而通過對石墨烯紙的導電性能測試發現，在相同的還原條件下，利用改進的靜電噴霧方法制備的石墨烯紙的電導率大約比傳統靜電噴霧方法制備的石墨烯紙提高了1.5倍。從而證明了通過對還原氧化石墨烯薄片排列方式的優化能夠提升石墨烯紙的性能。此外該方法制備的石墨烯紙也表現出了良好的電化學性能，其組裝的雙電層電容器比容量達到235 F g-1（圖3），并表現出較好的循環穩定性。

相關成果以題為“Highly Conductive Graphene Paper with Vertically Aligned Reduced Graphene Oxide Sheets Fabricated by Improved Electrospray Deposition Technique”發表在美國化學學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces上，并入選30天高下載量論文。青島大學碩士研究生燕軍祥為第一作者，青島大學韓文鵬博士和中科院半導體研究所劉雪璐博士為共同通訊作者。

【圖文導讀】

圖1 （a）改進的靜電噴霧裝置示意圖（b）氧化石墨烯紙SEM圖（c）石墨烯紙SEM圖

圖2 石墨烯紙截面角分辨偏振拉曼光譜測試

圖3 石墨烯紙電化學測試結果

【小結】

本文通過改進的靜電噴霧技術成功制備了石墨烯薄片高度取向排列的石墨烯紙，并利用角分辨偏振拉曼光譜測試驗證了該方法的有效性。證明了通過對還原氧化石墨烯薄片排列方式的優化提升石墨烯紙導電性能的可行性。

文獻鏈接：

Highly Conductive Graphene Paper with Vertically Aligned Reduced Graphene Oxide Sheets Fabricated by Improved Electrospray Deposition Technique（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11, 10810?10817. DOI: 10.1021/acsami.8b19811）

本文由青島大學的韓文鵬博士研究組供稿。

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