6大關(guān)鍵技術(shù)決定石墨烯開發(fā)

　　石墨烯是二維蜂窩狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的單原子納米材料，具有優(yōu)良的光透性、力學(xué)和導(dǎo)電性。良好性質(zhì)使它成為理想基體材料，易與其它功能材料復(fù)合。結(jié)構(gòu)完整的石墨烯難以溶解和融化，且由于π-π鍵和范德華力存在導(dǎo)致其存在易團(tuán)聚、分散性差，微觀難操作等問(wèn)題。

　　如何對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化改性和石墨烯基材料制造，成為制約石墨烯基材料開發(fā)的關(guān)鍵。目前開發(fā)石墨烯基材料的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾種：

表面功能化技術(shù)

　　表面功能化技術(shù)通過(guò)化學(xué)方法對(duì)石墨烯及其衍生物表面功能化修飾，從而提高其分散性和其他組合的相容性。表面功能化操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，可改善傳統(tǒng)石墨烯由于受范德華力作用分離困難、熱穩(wěn)定性差等問(wèn)題。常用方法包括共價(jià)鍵功能化、非共價(jià)鍵功能化等。

1)非共價(jià)鍵功能化主要通過(guò)π-π鍵，氫鍵與其他化學(xué)物質(zhì)相互作用對(duì)石墨烯及其衍生物進(jìn)行表面改性。

2)共價(jià)鍵功能化主要通過(guò)氧化石墨烯表面存在的-COOH、-OH、C=C鍵與其他物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)、酰胺反應(yīng)和聚合反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)對(duì)石墨烯進(jìn)行改性。

伽馬射線輻照技術(shù)

　　伽馬射線輻照技術(shù)是一種通過(guò)非接觸式引發(fā)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的新型改性技術(shù)，為石墨烯基材料的制備研究提供了新的方向。相較于傳統(tǒng)制備方式，伽馬射線輻照技術(shù)綠色環(huán)保，安全可靠。常見伽馬射線輻照技術(shù)包括液相輻照和固相輻照。

1)液相輻照技術(shù)是伽馬射線作用于液體溶劑，所產(chǎn)生的輻解產(chǎn)物再作用于材料或其他功能分子引起后續(xù)化學(xué)反應(yīng)，如還原反應(yīng)、氧化降解、聚合反應(yīng)等，常用的液體溶劑有二甲基甲酰胺、乙二胺等。

2)固相輻照技術(shù)是伽馬射線直接照射材料和功能分子所引起的原初反應(yīng)，或作用于氣體介質(zhì)產(chǎn)生的自由基引起的物理化學(xué)變化。

自組裝技術(shù)

　　自組裝技術(shù)主要包括水熱還原自組裝法、化學(xué)還原自組裝法和冷凍干燥自組裝法，主要以GO或rGO為前驅(qū)體，利用rGO的疏水性和π-π的耦合作用相互搭建制得石墨烯基材料。自組裝法實(shí)現(xiàn)石墨烯結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，可提升石墨烯的電學(xué)性能，但受反應(yīng)容器的限制，大規(guī)模制備困難。

模板合成技術(shù)

　　模板的合成技術(shù)主要分為硬模板和軟模板合成法。硬模板法是利用材料表面作為模板填充到模板的單體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，除去模板得到特定的結(jié)構(gòu)材料；軟模板法是物體與由前驅(qū)物在液相中產(chǎn)生的中間體相互作用形成納米材料。近年來(lái)模板法一般是結(jié)合自組裝法、氣相沉積等方法聯(lián)合制備石墨烯基復(fù)合材料。

　　模板合成法以模板為載體，可以嚴(yán)格控制材料的大小和形狀，操作簡(jiǎn)單，但石墨烯的導(dǎo)向生長(zhǎng)模板作用難以控制。在硬模板合成中，需用強(qiáng)酸強(qiáng)堿去除模板，可能破壞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)影響其性能。

3D打印技術(shù)

      3D打印技術(shù)是一種基于精確物理復(fù)制和快速成型的增材制造工藝。常見用于制造石墨烯基復(fù)合材料的典型技術(shù)有噴墨打印成型、熔融沉積快速成型等。

　　石墨烯基材料的3D打印制作具有精度高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、可大規(guī)模制造等特點(diǎn)，同時(shí)解決了自組裝法、模板法等可控性差、微觀結(jié)構(gòu)混亂等問(wèn)題，充分發(fā)揮石墨烯力學(xué)、光學(xué)等優(yōu)良性能，提高其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，但由于制備方式單一，目前很難實(shí)現(xiàn)復(fù)合工藝。

粉末冶金技術(shù)

　　粉末冶金技術(shù)制備石墨烯基材料是將金屬粉末、非金屬粉末與石墨烯微片粉末經(jīng)攪拌、壓制成型后在一定條件下燒結(jié)成型的材料加工技術(shù)。合理控制石墨烯的含量以及工藝參數(shù)可避免石墨烯發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，提高材料性能。

　　粉末冶金法材料用量少，所得材料力學(xué)性能高，并且可解決通過(guò)自組裝法制備的石墨烯材料所出現(xiàn)的穩(wěn)定性差、晶化程度低等問(wèn)題，但粉末冶金法制備的復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)一些孔洞，致密度低的現(xiàn)象，且粉末冶金法屬于高溫工藝，耗能大，流程復(fù)雜，不利于節(jié)能減排。