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清華大學王曉工教授系統評述:石墨烯衍生物的自組裝、膠體行為和流變學特性及其在超級電容器中的應用

時間:2020-04-20     來源:高分子科學

墨烯衍生物,如氧化石墨烯,因其獨特的理化特性、低成本的制備過程和良好的加工性能,被廣泛應用于二維材料的宏觀組裝。理解石墨烯衍生物的自組裝、膠體和流變性質對建立石墨烯基材料的形成-結構-性能關系具有重要意義。清華大學化工系高分子所王曉工教授系統綜述了其課題組近年來在石墨烯衍生物的組裝、膠體、流變方向的工作及其在超級電容器中的應用。

專論首先從分子結構的角度分析了石墨烯衍生物之間的膠體力。根據制備條件和物理化學改性,石墨烯衍生物可以顯示出類似于電解質、兩親性物和膠體的特性。通過調控石墨烯膠體相互作用,作者發展了層層自組裝、絮凝自組裝和溶液誘導自組裝,制備出石墨烯衍生物的宏觀組裝體,例如超薄膜、多孔材料和納米卷。專論總結了作者對于石墨烯衍生物流變特性的發現,例如石墨烯凝膠的強剪切變稀和超快模量回復。利用這些流變特性,作者將各種濕法加工技術,如噴涂、刮涂、3D打印等,用于石墨烯膠體的加工,并制備了石墨烯超級電容器。

專論進一步展望了石墨烯膠體在表征、加工與功能性應用的前景與挑戰。石墨烯膠體的低透光性,限制了傳統的光散射表征的應用,需要發展X射線、中子散射等技術對石墨烯膠體進行多尺度、實時、原位表征。由于石墨烯納米片的結構復雜性和多分散尺寸,需要結合模擬和實驗加深對其膠體和流變行為的理解。此外,針對石墨烯衍生物的流變與力學特性,作者深入展望了其作為多功能軟物質平臺,在能源、傳感、生物電子等領域的前景。

該專論即將發表于Chinese Journal of Polymer Science 2020年 “Polymers for Energy and Electronic Devices”專輯。

論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2411-0

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