PDF《磁性石墨烯的制备初探》

环氧 第38 卷第13 期 郭露等:磁性石墨烯的制备初探 ・33・ 树脂中加入石墨烯及天然石墨后降低了热界面的电 阻,从而使热导率明显增强[7―9] .同时,石墨烯复合 材料的理论和其他类型填料的实验结果表明, 如果填 料沿热通量的方向排列,则可以实现热导率的增 强[10―11] .在TIM 环境下,如果导热相材料的排列方 向垂直于连接界面, 其热传递会得到加强. 近几年来, 有关定向排列的导热相物质用于 TIM 的研究基本集 中于碳纳米管阵列[12―19] .碳纳米管存在较强的各向 异性,且与其他材料接触界面的热阻过大,导致热导 率降低.为克服这一缺陷,一般采用化学气相沉积方 法实现碳纳米管的定向排列, 该法所需的高温处理和 复杂组装导致的高成本严重阻碍了其在 TIM 中的应 用[20] .Miguel[21] 提出了另一获得碳纳米管阵列的方 法,即先采用聚合物包覆技术和层层组装技术,通过 非共价连接作用, 在碳纳米管上形成具有均匀分布的 磁性纳米颗粒, 然后在物理场中实现磁性碳纳米管的 重新定向排列.该法可实现对纳米碳管的操控,成本 低,易于实现工业化. 鉴于石墨烯表面比碳纳米管更为规整, 且是目前 新型导热材料中导热率最高的[22] , 可使用石墨烯代替 碳纳米管来完成定向排列, 更有效地吸附磁性纳米颗 粒,从而在石墨烯表面覆盖均匀分布的磁性粒子层. 文中实验通过非共价的连接作用, 即采用聚电解质层 层自组装技术对石墨烯进行磁性化处理, 并利用模拟 磁场观察石墨烯磁性化效果以及在光学显微镜下观 察磁性化石墨烯的结构. 该实验结果为利用石墨烯制 备TIM 系列研究提供具备定向导热功能的石墨烯 阵列.

1 实验 1.1 材料与设备 实验材料:石墨,粒径小于

40 μm,青岛天和达 石墨有限公司;

浓硫酸,分析纯,南京林业大学危险 药品分发中心;

过硫酸钾、五氧化二磷、高锰酸钾、 双氧水、维生素 C、聚二烯丙基二甲基氯化铵,均为 分析纯,南京市化学试剂有限公司;

聚磺苯乙烯,分 析纯,上海润意化学试剂有限公司;

磁性 Fe3O4 纳米 粒子水溶液,分析纯,北京酷尔化学试剂有限公司. 实验仪器:高温管式炉,ZL-2011-2-0389 859.8, 合肥科晶材料技术有限公司;

超声波细胞破碎仪, XO-1200D,南京先欧仪器制造有限公司;

集热式恒 温加热磁力搅拌机,DF-101S,南京大卫仪器设备有 限公司;

台式高速离心机,H1650,湖南湘仪实验室 仪器开发有限公司;

光学显微镜,Axio Lab.A1 mat, 北京普瑞赛司仪器有限公司. 1.2 方案 1)以石墨粉为原材料,采用改进的 Hummers 法 制备氧化石墨烯. 2)分别采用高温还原方法和化学还原方法制备 粉状和片状石墨烯. 3)采用聚电解质包覆技术和层层组装技术将磁 性金属纳米粒子以静电吸附的方式均匀附着在石墨 烯表面,得到磁性石墨烯溶液.实验采用

3 组实验进 行对比分析,试样 1,2,3 的PSS 质量分别为 1,1,

2 mg,PDDA 质量分别为 1,1,2 mg,Fe3O4 质量均 为0.1 mg,石墨烯质量均为

18 mg,其中试样

1 的石 墨烯为粉状,试样

2 和3的石墨烯为片状. 4)采用光学显微镜观察磁性纳米粒子在石墨烯 表面分布的状态, 并采用外加磁场验证磁性石墨烯的 磁性. 1.3 氧化石墨烯的制备 参考改进的 Hummers 法制备氧化石墨烯[23―24] . 具体实验步骤参考 Xu[23] 对氧化石墨烯的制备方法. 1.4 粉状石墨烯的制备 在900 ℃高温下还原制得膨胀石墨烯, 实验采用 高温管式炉对氧化石墨烯进行高温还原.具体步骤 为:将上述制得的氧化石墨烯溶液烘干;