蔡雨楠 徐 晨 孫鳳梅

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 微電子學(xué)院，江蘇 南京210046）

0 引言

石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在材料科學(xué)、電子科學(xué)、生物醫(yī)藥、催化劑載體等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，受到了廣泛的關(guān)注。然而，石墨烯相互間存在較強(qiáng)的范德華作用力使其不能在溶劑中穩(wěn)定分散，與其他材料的相容性也不好，容易再次層疊在一起難以打開，這是制約石墨烯研究和應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。因此，對(duì)石墨烯進(jìn)行改性以提高其在溶劑中的分散性及與其他材料的相容性，具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文主要研究?jī)煞N表面活性劑對(duì)石墨烯水溶液的分散性影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：電子天平、超聲波振蕩器、離心機(jī)、燒杯；

實(shí)驗(yàn)藥品：自制氧化石墨烯、十二烷基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、氫碘酸、去離子水。

1.2 十六烷基三甲基溴化銨改性

我們分別配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個(gè)樣本，分別加入0.0mg、0.3mg、0.6mg、1.0mg的十六烷基三甲基溴化銨。攪拌后將樣品放進(jìn)超聲波發(fā)生器內(nèi)超聲1小時(shí)，然后加入HI試劑，用保鮮膜封口，放在超聲機(jī)內(nèi)超聲30min。取出后將四個(gè)樣本進(jìn)行離心，離心機(jī)的設(shè)置為3000轉(zhuǎn)、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶?jī)?nèi)，封口。

1.3 十二烷基磺酸鈉改性

我們采用十二烷基磺酸鈉對(duì)石墨烯水溶液進(jìn)行改性。分別配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個(gè)樣本，十二烷基磺酸鈉的加入量分別為0mg、5mg、25mg、50mg。攪拌后將樣品放進(jìn)超聲機(jī)內(nèi)超聲1小時(shí)，然后加入HI還原劑，用保鮮膜封口，放在超聲機(jī)內(nèi)超聲30min，得到改性的石墨烯水溶液。取出后將四個(gè)樣本進(jìn)行離心，離心機(jī)的設(shè)置為3000轉(zhuǎn)、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶?jī)?nèi)，封口。

2 結(jié)果與討論

2.1 十六烷基三甲基溴化銨改性

第二天觀察發(fā)現(xiàn)石墨烯水溶液的分散性尚可，但十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯水溶液的相容性并不是很好，瓶底有大量的白色絮狀物 （見圖1），可能是十六烷基三甲基溴化銨在水中的溶液度有限。通過(guò)降低該表面活性劑的濃度或許能獲得較好的分散效果，由于時(shí)間的關(guān)系，沒有深入研究。

圖1 十六烷基三甲基溴化改性的結(jié)果

2.2 十二烷基磺酸鈉改性

圖2為十二烷基磺酸鈉改性石墨烯水溶液放置一星期后觀察的結(jié)果。

圖2 十二烷基磺酸鈉改性的結(jié)果1

從左向右，十二烷基磺酸鈉的添加量分別為 0mg、5mg、25mg、50mg。由圖2可見：沒有添加十二烷基磺酸鈉的石墨烯已沉淀在瓶底；隨著十二烷基磺酸鈉添加量的增加，石墨烯水溶液的顏色加深，說(shuō)明其分散性變好；添加50mg十二烷基磺酸鈉的試劑沉淀量最少，效果最好。

由于我們發(fā)現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓人滿意，于是我們?cè)O(shè)想，會(huì)不會(huì)十二烷基磺酸鈉的加入量越多，石墨烯水溶液的分散性越好呢？于是我們配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個(gè)樣本，十二烷基磺酸鈉的加入量分別為0mg、50mg、100mg、200mg。配好后我們放進(jìn)超聲機(jī)內(nèi)超聲1小時(shí)，然后加入HI試劑，用保鮮膜封口，放在超聲機(jī)內(nèi)超聲30min。取出后將四個(gè)樣本進(jìn)行離心，離心機(jī)的設(shè)置為3000轉(zhuǎn)、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶?jī)?nèi)，封口。第二天觀察的結(jié)果如圖3。

圖3 十二烷基磺酸鈉改性的結(jié)果2

從右向左十二烷基磺酸鈉的加入量為0mg 50mg 100mg 200mg。我們可以明顯看出加入十二烷基磺酸鈉50mg的石墨烯水溶液顏色最深，溶液均勻，沒有明顯的沉淀；十二烷基磺酸鈉添加量為100mg和200mg的石墨烯水溶液上層顏色較淺，下層已出現(xiàn)黑色的沉淀。

以上結(jié)果表明：對(duì)于100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，加入十二烷基磺酸鈉50mg，并用氫碘酸進(jìn)行還原，獲得的改性石墨烯的分散效果最好。

3 結(jié)論

（1）十六烷基三甲基溴化銨改性的石墨烯溶液分散性尚可，但溶液下面出現(xiàn)白色絮狀沉淀。

（2）對(duì)于0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過(guò)添加十二烷基磺酸鈉使其濃度為0.5mg/mL，并加入還原劑氫碘酸，可獲得穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液。

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