羅永勤 武國(guó)亮 牛 彪 趙定義 屈中偉

（1.國(guó)網(wǎng)山西電力公司，太原 030001；2.武漢科迪奧電力科技有限公司，武漢 430000）

自從2004年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了石墨稀材料以來(lái)，石墨材料的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值進(jìn)一步得到了人們的重視，而膨脹石墨則是石墨產(chǎn)品中最具利用價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景的產(chǎn)品之一[1]。膨脹石墨是天然鱗片石墨經(jīng)過(guò)加工而制得的一種疏松多孔的蠕蟲(chóng)狀新型全碳素材料[2]。它保持了鱗片石墨的分子結(jié)構(gòu)，是元素碳的同素異形體，相鄰的3個(gè)碳原子間以sp2雜化軌道形成120°夾角的共價(jià)鍵，因而具有耐熱、導(dǎo)電、耐輻射、耐腐蝕和自潤(rùn)滑等方面性能，同時(shí)還有質(zhì)輕、多孔、柔軟、可壓縮等天然石墨不具備的特性，在機(jī)械、環(huán)保、電子、電工、化工等方面都有很好的應(yīng)用前景，為傳統(tǒng)工業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所必須的礦物原料。歐美等國(guó)家甚至將天然石墨列為戰(zhàn)略資源，嚴(yán)格限制其開(kāi)采及技術(shù)的出口[3]。

正是由于石墨材料具有如此眾多的性質(zhì)，引起了化學(xué)、化工和材料等不同領(lǐng)域?qū)＜业难芯繜岢?，也使得膨脹石墨在電子、能源、環(huán)境和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。本文敘述了近年來(lái)在膨脹石墨材料的制備與應(yīng)用方面的最新研究進(jìn)展，包括膨脹石墨的制備工藝、插層與膨脹過(guò)程，闡述膨脹石墨在密封、環(huán)保、新能源及功能涂料方面的最新應(yīng)用進(jìn)展與發(fā)展方向。

1 膨脹石墨的制備

膨脹石墨的制備已經(jīng)有幾十年的歷史，但是工藝方法都是基于插層-膨化這個(gè)基本原理,插層就是讓小分子進(jìn)入石墨片層之間，膨化是插層物在迅速高溫作用下轉(zhuǎn)化或分解為氣體[4]，使得石墨片層間發(fā)生部分剝離，體積迅速發(fā)生膨脹。隨著石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，作為其最重要的來(lái)源，膨脹石墨的制備工藝也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。膨脹石墨不同放大比例下的外貌如圖1所示。

圖1 不同放大比例下的膨脹石墨外貌Fig 1 Appearance of expanded graphite under different amplification ratio

1.1 插層方法

1)化學(xué)氧化法。鱗片石墨片層是一種網(wǎng)狀的非極性大分子，片層之間依靠較為微弱的范德華力連接，單獨(dú)插層劑很難進(jìn)入石墨片層之間，因而需要借助氧化劑的作用。將氧化劑、插層劑和天然鱗片石墨在一定溫度下，按一定比例混合，通過(guò)強(qiáng)氧化劑的作用，鱗片石墨發(fā)生氧化，在片層之間產(chǎn)生正電荷。在正電荷排斥作用下，石墨片層間距離逐漸加大，同時(shí)由于石墨片層間碳正離子的形成，插層劑陰離子進(jìn)入石墨片層間，最終形成石墨插層物（GICs）[5]。傳統(tǒng)的化學(xué)氧化法是在高溫下，將濃硫酸、濃硝酸等強(qiáng)氧化性酸和重鉻酸鉀、高氯酸鉀、高錳酸鉀、過(guò)氧化物等強(qiáng)氧化劑的混合物與天然鱗片石墨反應(yīng)，在鱗片石墨層間插入硫酸根離子，這類制備工藝存在高能耗、高污染的問(wèn)題，而且制得的膨脹石墨（EG）含有較高的硫化物殘留，會(huì)產(chǎn)生腐蝕等不利的影響。

2)電化學(xué)法。該方法基于電子授受的機(jī)理，以硫酸或硝酸銨等為電解液，將石墨與輔助電極一起構(gòu)成陽(yáng)極，開(kāi)通電流，利用石墨本身的導(dǎo)電性，通過(guò)電解，在石墨層間發(fā)生氧化，酸根離子進(jìn)入層間，得到含有插層物的可膨脹石墨[6]。同化學(xué)氧化法相比，電化學(xué)法合成設(shè)備較簡(jiǎn)單；氧化劑的需求量相對(duì)減少很多，利用率更高；可通過(guò)調(diào)控電流強(qiáng)度影響產(chǎn)物的插層效果，使插層劑在石墨片層間的分布均勻，產(chǎn)物可膨脹性更穩(wěn)定。

1.2 膨脹方法

GICs的膨脹是利用瞬間的高溫，將石墨片層間的插層物氣化，產(chǎn)生膨脹力，使石墨片層發(fā)生分離，而體積膨脹，所以制備膨脹石墨必須要加熱。根據(jù)加熱方式的不同，膨脹方法有高溫膨脹法和微波法等。

1)高溫膨脹法。高溫快速加熱是制備膨脹石墨的傳統(tǒng)方法，通過(guò)將容器高溫預(yù)熱，迅速取出后，加入一定量的GICs后，再快速放入高溫爐膛，在短時(shí)間內(nèi)即可完成膨脹。通過(guò)這種方法制備的膨脹石墨有很高的膨脹率，最高可達(dá)約300倍以上，孔隙規(guī)格通?？蛇_(dá)微米級(jí)[7]。

2)微波法。石墨材料具有良好的導(dǎo)電性，在微波環(huán)境下，石墨內(nèi)部產(chǎn)生很強(qiáng)的渦電流，使其能夠快速得到加熱[8]。這種加熱方式整體上來(lái)得更均勻，因而可以得到均勻的膨脹，制得的產(chǎn)物孔徑大部分在100 nm以下[9]。相對(duì)高溫膨脹法，該法在設(shè)備和操作等方面更加簡(jiǎn)化和高效，產(chǎn)物孔隙均勻。

1.3 最新進(jìn)展

膨脹石墨的應(yīng)用很大程度上受膨脹體積和硫含量的影響，是產(chǎn)品質(zhì)量的2大衡量指標(biāo)，同時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢液會(huì)對(duì)環(huán)境有害，消除廢液的產(chǎn)生也是一個(gè)重要的改進(jìn)方面。傳統(tǒng)化學(xué)氧化法多利用濃硫酸為氧化劑和插層劑，制得的膨脹石墨會(huì)含有較高的殘余硫化物，對(duì)與其接觸的物質(zhì)有一定的腐蝕性，限制了膨脹石墨的應(yīng)用，所以改進(jìn)GICs的制備工藝主要在于改進(jìn)氧化技術(shù)。

1)低硫化學(xué)氧化膨脹石墨制備工藝。通常采用硫酸為氧化劑插層劑時(shí)，需要配合高錳酸鉀、硝酸等強(qiáng)氧化劑才能提供足夠的插層動(dòng)力，這種工藝反應(yīng)劇烈，產(chǎn)物含硫量高，產(chǎn)生的廢液難以處理。黑龍江科技大學(xué)的低硫高抗氧化性可膨脹石墨制備技術(shù)課題組，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水替代高錳酸鉀等為氧化劑，乙酸、硫酸等混酸為氧化插層劑，利用二次氧化插層技術(shù)，制備了低含硫量膨脹石墨[10]。該工藝通過(guò)采用液體氧化劑取代固體氧化劑，降低了膨脹石墨中的灰分，利用混酸作插層劑大大降低產(chǎn)品的硫含量[13]。

2)無(wú)硫化學(xué)氧化膨脹石墨制備工藝。這種工藝多采用硝酸、磷酸等取代硫酸作為插層劑，制備無(wú)硫膨脹石墨。解放軍理工大學(xué)的姚永平采用鱗片石墨、硝酸、雙氧水、磷酸為原料，采用化學(xué)氧化法，經(jīng)過(guò)插層、水洗、干燥以及高溫膨脹等過(guò)程，制備了一種無(wú)硫膨脹石墨。通過(guò)正交試驗(yàn)方法對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，確定了最佳工藝條件。結(jié)果表明，按鱗片石墨、硝酸、雙氧水、磷酸質(zhì)量比為1:1.2:0.2:1.5的比例，反應(yīng)時(shí)間80 min，反應(yīng)溫度40℃，膨化溫度900℃的條件下可以制備出膨脹體積為312 mL/g的無(wú)硫膨脹石墨[11]。

武漢理工大學(xué)的涂文懋等采用以濃硝酸為插入劑，高錳酸鉀為氧化劑制備無(wú)硫可膨脹石墨。通過(guò)對(duì)相關(guān)影響因素詳細(xì)的探討，得出優(yōu)化的工藝條件為石墨、硝酸、高錳酸鉀的比例為1.0 g:2.0 mL:0.15 g，反應(yīng)溫度20℃、75 min。該工藝制備的膨脹石墨體積膨脹可達(dá)原體積的500倍。相比較于與已有的制備工藝，該方法制得的膨脹石墨不含硫，膨脹充分，成本低，操作簡(jiǎn)單[12]。

3)無(wú)硫電化學(xué)膨脹石墨制備工藝。劉定福等采用高氯酸為電解液，電解液中HClO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以低至50%，石墨表面有羰基和羧基生成，層間存在ClO-4和HClO4插層物[13]。與化學(xué)法相比，電解液易于循環(huán)使用，減小了排放，對(duì)環(huán)保有利；在膨脹溫度為200℃和950℃時(shí)的膨脹容積分別高達(dá)282、594 mL/g，具有高倍率、無(wú)硫和低溫膨脹性能。

4)二次膨脹法制備薄層膨脹石墨。針對(duì)電子工業(yè)和功能材料上應(yīng)用的需要，通過(guò)對(duì)膨脹過(guò)的石墨材料進(jìn)行二次插層和膨脹，得到薄層的石墨烯材料，成為當(dāng)前制備膨脹石墨的最新工藝。Dong Dong Zhao等通過(guò)將磷酸插層到膨脹石墨中，在800℃高溫下繼續(xù)膨脹為納米級(jí)的薄片，然后再插層氯化鋅，在1 000℃，持續(xù)2 h熱解氯化鋅，得到納米尺寸分離的多孔石墨烯片[14]。

2 膨脹石墨的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于密封材料

膨脹石墨應(yīng)用于密封領(lǐng)域是從美國(guó)1968年將其應(yīng)用于原子能工業(yè)密封開(kāi)始的，隨后世界各國(guó)都開(kāi)始對(duì)這種新型密封材料進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。因膨脹石墨具有化學(xué)穩(wěn)定、耐高低溫、柔軟性、導(dǎo)熱性、回彈性、不滲透性和安全無(wú)毒等特質(zhì)，膨脹石墨及其復(fù)合材料成為化工、機(jī)械、原子能和航空等密封環(huán)境較為苛刻的領(lǐng)域必不可少的密封材料，并取得了良好的效果。

膨脹石墨密封材料可應(yīng)用于機(jī)械的靜密封和動(dòng)密封2種形式，其中靜密封如法蘭連接部位的密封，采用墊片的形式；而動(dòng)密封常采用填料密封，俗稱盤根密封，用于機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部分的密封。通過(guò)壓縮后的膨脹石墨由于在強(qiáng)度方面還是較差的，不能直接作為密封材料使用，否則容易出現(xiàn)塑性形變、磨損甚至壓潰，散架等狀況[15]。因此，科研人員通過(guò)研究膨脹石墨與其他材料復(fù)合的方法，開(kāi)發(fā)很多新型結(jié)構(gòu)密封材料，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍和密封的性能。常見(jiàn)的膨脹石墨復(fù)合材料有金屬/膨脹石墨復(fù)合材料、有機(jī)材料/膨脹石墨復(fù)合材料以及無(wú)機(jī)材料/膨脹石墨復(fù)合材料方式等。

金屬-膨脹石墨復(fù)合材料的復(fù)合方式有夾金屬型和鍍金屬型2種，夾金屬型是將不銹鋼、鍍錫沖刺鋼板、不銹鋼絲網(wǎng)等金屬材料夾入柔性石墨中，通過(guò)共壓合而成；也可將金屬纏繞膨脹石墨壓制成的密封墊片。金屬材料的增強(qiáng)和石墨本身穩(wěn)定的物理性質(zhì)，使得這種密封材料具有優(yōu)異的耐高溫和高壓的特性，主要應(yīng)用于需要承受高溫和高壓的靜密封場(chǎng)合[16]。鍍金屬型是在壓縮的膨脹石墨板材表面鍍鉻、鉬、鎢等金屬層，降低孔隙，用作特種耐腐蝕密封材料。

陳慶等研究對(duì)比了V型和W型石墨纏繞金屬墊片在高壓下的密封性能，實(shí)驗(yàn)表明W型石墨纏繞墊片具有優(yōu)于V形纏繞墊片的回彈性、強(qiáng)度和剛度，對(duì)于高壓、大載荷的法蘭連接系統(tǒng)，W型石墨纏繞墊片使用更加安全可靠[17]。蔡仁良等通過(guò)研究柔性石墨-金屬?gòu)?fù)合墊片的密封性能，發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合密封材料綜合了金屬?gòu)椥怨羌艿脑鰪?qiáng)與柔性石墨密封效果，既克服了柔性石墨強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，又具備良好的壓縮回彈性能，對(duì)于高溫高壓以及溫度壓力波動(dòng)較大的密封場(chǎng)合非常合適[18]。

高分子材料與柔性石墨復(fù)合是當(dāng)前密封領(lǐng)域研究新方向之一，可以根據(jù)具體使用要求，合理選擇高分子材料，制備出滿足需求的密封材料。如熱固性樹(shù)脂與柔性石墨復(fù)合，可以利用熱固性樹(shù)脂的耐熱、耐摩擦、不親油和水的特性，制備耐水、耐油和彎曲性能好的復(fù)合密封材料。制備方法上可以是低密度石墨板真空浸漬樹(shù)脂或?qū)烧咧苯踊旌希偌訜釅憾瞥伞?/p>

無(wú)機(jī)物-柔性石墨復(fù)合材料是將硅酸鹽、磷酸鹽或硼酸鹽等無(wú)機(jī)黏結(jié)劑與柔性石墨混合后加壓復(fù)合成型，使得柔性石墨在拉伸強(qiáng)度、抗壓縮強(qiáng)度等方面得到很大提高，保持了無(wú)機(jī)材料的耐熱性能，是理想的耐高溫密封材料。

2.2 應(yīng)用于功能涂料

現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，各種功能涂料，如防腐、導(dǎo)熱、耐磨、抗靜電等性能對(duì)于工業(yè)設(shè)備和器件具往往產(chǎn)生鍵性的作用。膨脹石墨通過(guò)機(jī)械分離等手段制得的薄層石墨烯材料，其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，在功能涂料的研發(fā)中有非常好的前景[19-20]。

傳統(tǒng)的防腐涂料，通過(guò)形成致密的涂層，隔絕腐蝕介質(zhì)，來(lái)抑制腐蝕發(fā)生。由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，用來(lái)改性涂料，可制備具有物理防腐和化學(xué)防腐的雙重防腐功能涂層，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景[21]。通過(guò)利用石墨烯的高熱導(dǎo)率，Yu A P等將石墨烯引入到涂料中制備出了具有高導(dǎo)熱性能的防腐涂層[22]。

導(dǎo)靜電涂料是指表面電阻為106～109Ω的具有防靜電作用的涂料，這種涂料涂刷后，可有效將靜電導(dǎo)走，以避免靜電產(chǎn)生的危害。膨脹石墨是具有優(yōu)異導(dǎo)電性和防腐蝕性的新材料，吳雪松等將膨脹石墨超聲分散制得石墨微片，原位聚合法制備聚酰亞胺-石墨微片復(fù)合薄膜，在石墨微片質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，體積電阻率和表面電阻率均可下降到108Ω數(shù)量級(jí)，達(dá)到半導(dǎo)電復(fù)合薄膜的要求[23]。

2.3 在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)工業(yè)化大生產(chǎn)的發(fā)展，社會(huì)資源消耗越來(lái)越嚴(yán)重，其副產(chǎn)物環(huán)境污染的治理變得更加急迫，包括工業(yè)廢水、廢氣、海洋溢油泄露等方面。膨脹石墨是一種具有高表面活性和高達(dá)50～200 m2/g的比表面積的全碳素多孔性高膨脹物質(zhì)，具有良好的吸附和生物相容性，因而其環(huán)保方面的應(yīng)用成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)方向[24]。

膨脹石墨在環(huán)保應(yīng)用上的基本作用原理可以歸結(jié)為吸附功能和催化劑載體功能兩大類，通過(guò)吸附功能可以選擇性消除污水和大氣中的有害物質(zhì)，而作為催化載體，則可增加催化劑的接觸面積，提高催化效能，降解或轉(zhuǎn)化有害物質(zhì)。

石油被譽(yù)為工業(yè)的糧食，但是其開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中一直都存在著泄漏和溢油的問(wèn)題，一旦發(fā)生這類事故，就可能會(huì)大面積污染海洋，嚴(yán)重影響海洋生態(tài)。早在上個(gè)世紀(jì)90年代，以色列科學(xué)家就注意到了膨脹石墨的吸附特性在這方面會(huì)有很好的應(yīng)用前景，蠕蟲(chóng)狀膨脹石墨具有從水中吸附各類油品的性能，可以作吸附劑，制成墊板狀、氈狀或是水柵欄狀過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行吸附處理。目前研究的重點(diǎn)方向是如何更好的發(fā)揮膨脹石墨的功能以及膨脹石墨的多次利用方面。

劉宏通過(guò)復(fù)合膨脹石墨和吸油氈2種材料，制得的新型吸附材料，其吸油量較單純的吸油氈提高了約300%，并解決了膨脹石墨難于投放和回收的問(wèn)題[25]。甄捷等人研究了膨脹石墨吸附石油后的再生問(wèn)題，認(rèn)為采用簡(jiǎn)單的壓縮方法會(huì)嚴(yán)重影響膨脹石墨的使用壽命，采用有機(jī)溶劑對(duì)膨脹石墨吸附油的脫除和再生是有效的方法，同時(shí)采用加熱和燃燒法也是較為有效的膨脹石墨再生方法[26]。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)服裝行業(yè)得到了快速的發(fā)展，而服裝印染產(chǎn)生的廢水也成為我國(guó)河流污染最為嚴(yán)重的威脅，據(jù)統(tǒng)計(jì)其總量占到我國(guó)工業(yè)污水總量的35%。這些污水一般具有顏色深、組成復(fù)雜和含量高的特點(diǎn)，處理困難，成本高，因而偷排等現(xiàn)象嚴(yán)重，所以染料廢水的污染治理成為刻不容緩的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[27]。陳飛等研究發(fā)現(xiàn)膨脹石墨吸附法處理印染廢水適合于深度處理，印染廢水經(jīng)1.0 g篩孔0.18 mm的250倍膨脹石墨吸附處理后，色度和CODCr均能達(dá)到I級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，且經(jīng)過(guò)600℃高溫處理后，膨脹石墨的再生率可以達(dá)到90%，具有經(jīng)濟(jì)高效的功能[28]。

M D Vedenyapina研究了膨脹石墨在畜牧和農(nóng)業(yè)上產(chǎn)生的廢水的凈化研究，發(fā)現(xiàn)膨脹石墨對(duì)四環(huán)素類抗生素有很好的吸附性能，在質(zhì)量濃度為400 mg/g的廢水中，吸附量可以達(dá)到56.3 g/L。研究還發(fā)現(xiàn)，由于石墨分子結(jié)構(gòu)中含有大π鍵，因而對(duì)含有π鍵結(jié)構(gòu)的芳香族類試劑都有很好的吸附性能[29]。

在重金屬污染水治理方面，膨脹石墨也有很好的治理效果。趙穎華等研究了納米氫氧化鎂負(fù)載到膨脹石墨孔隙中吸附含鉛廢水，吸附劑對(duì)鉛離子的去除率能達(dá)到48%，吸附容量能達(dá)到105 mg/g左右[30]。

隨著膨脹石墨制備工藝的不斷優(yōu)化以及膨脹石墨復(fù)合材料工藝的發(fā)展，在環(huán)境污染治理方面膨脹石墨會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用。

2.4 在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

石墨烯是近年來(lái)最為熱門和有前途的新型電子材料，它是由單層碳原子組成的二維材料，因其具有柔展性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電率高、機(jī)械強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用成為各國(guó)研究的重點(diǎn)方向。石墨烯目前最有前途的制備方法是將化學(xué)氧化法制備的膨脹石墨通過(guò)超聲波機(jī)械剝離，分離出單層或多層的氧化石墨，然后在高溫或是還原性溶液中使氧化石墨烯還原，去除氧化石墨烯表面的含氧基團(tuán)，恢復(fù)石墨烯完整的二維sp2雜化結(jié)構(gòu)，制得石墨烯產(chǎn)品[31-32]。

超級(jí)電容器是近年得到廣泛利用的一種新型儲(chǔ)能器件，它具有功率密度高、充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，因而在新能源技術(shù)中占有不可或缺的地位[33]。電極材料是超級(jí)電容器的核心部件，根據(jù)電容器特點(diǎn)和原理，作為超級(jí)電容器的優(yōu)異碳基電極材料需要具有發(fā)達(dá)的比表面積、合理的孔容和孔徑分布、良好的導(dǎo)電性和浸潤(rùn)性，因而石墨烯基電極材料有最好的開(kāi)發(fā)前途[34]。

Yanwu Zhu等使用化學(xué)活化剝離后的氧化石墨，制得了比表面積高達(dá)3 100 m2/g的微介孔石墨烯，在離子液體中比容值達(dá)200 F/g[35]。常鄭等采用改良的Hummers法制備了氧化石墨，然后在150℃下加熱4 h膨脹處理，制備了含氧石墨烯，作為電極材料比電容高達(dá)275 F/g，較傳統(tǒng)的氧化還原法制得的石墨烯材料電容有所提高，測(cè)試表明，這種氧化石墨烯制備的電極材具有高電容量、大倍容率的高速充放電特性以及循環(huán)穩(wěn)定性[36]。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種便攜式電子設(shè)備不斷豐富人們的生活，可充電電池因而成為必不可少的配備。常規(guī)的鋰電池能量?jī)?chǔ)存密度較高，也有充放電速度慢、功率密度低的問(wèn)題存在，通常需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行充電。美國(guó)萊斯大學(xué)的研究人員James Tour等通過(guò)激光作用，氧化石墨烯體積膨脹，厚度變?yōu)樵瓉?lái)的5倍，石墨片層間產(chǎn)生大量的孔隙，同時(shí)發(fā)生氧原子逃逸。研究發(fā)現(xiàn)這種存在缺陷的石墨烯是一種理想鋰離子電池電極材料，其充放電速度為傳統(tǒng)石墨電極的1/10，而且可以完成1 000次以上的充放電[37]。

Dong Dong Zhao采用二次膨脹法，經(jīng)過(guò)超聲分散后制備了薄層石墨烯，該材料應(yīng)用于鋰離子電池電極材料時(shí)，其放電速度為100 mA/g時(shí)，放電量可達(dá)830.4 mAh/g，并且該材料充放電的循環(huán)性能很好、壽命長(zhǎng)[14]。

2.5 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

接地裝置是保障電網(wǎng)安全、有效運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，常規(guī)接地材料為鍍鋅角鐵、鍍鋅扁鋼等，耐腐蝕性能較差，難以保證全壽命周期要求。胡元潮等介紹了一種以膨脹石墨為導(dǎo)電體，通過(guò)復(fù)合纖維增強(qiáng)的方法制備的柔性非金屬接地材料，該接地材料有很好的耐腐蝕性，其電阻率達(dá)0.325 μΩ·m。研究表明，在120 kA以上的沖擊電流作用下，接地材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而可滿足雷電流和短路故障電流的導(dǎo)流[38]。

膨脹石墨還可以應(yīng)用在軍事方面，制備煙幕彈可以干擾雷達(dá)的探測(cè)，紅外隱身等功能[39-40]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

在近10年間，石墨烯以其具有的特殊性能及廣泛的應(yīng)用前景而備受研究者的關(guān)注，已成為當(dāng)前新材料研究的焦點(diǎn)，石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，為了進(jìn)一步優(yōu)化石墨烯制備工藝，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，迫切需要進(jìn)一步完善現(xiàn)有制備工藝的水平，并探索新的制備路徑。膨脹石墨可作為石墨烯的制備基礎(chǔ)，其制備工藝的發(fā)展最終是為制備高質(zhì)量石墨烯服務(wù)，如何大量、低成本制備出高質(zhì)量的石墨烯材料仍是未來(lái)的一個(gè)研究重點(diǎn)。因而膨脹石墨的制備工藝還需不斷的改進(jìn)，尤其是在插層工藝和膨脹方法方面，當(dāng)納米層級(jí)的石墨烯材料實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)時(shí)，各種基于石墨烯材料的新型電子器件、功能涂層材料將會(huì)產(chǎn)生更加顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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