900℃快速还原氧化石墨烯导电油墨的性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究目的：研究高温还原氧化石墨烯油墨的导电性能，对比高温还原方法的优越性，从而制备出具有导电性能好、耐酸碱、耐溶剂性、稳定性高的导电油墨。以便在节约能源的情况下，以较高的生产效率，制备性能优良的还原氧化石墨烯导电油墨，为氧化石墨烯的高温还原的规模化生产提供数据基础。

研究意义：石墨烯作为21世纪最受瞩目的新材料，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，得到了广泛的研究。其中石墨烯的传统制备方法例如气相沉积法、液相剥离法等虽然得到了进一步的研究和发展，但是始终未能达到大规模产业化；新型制备方法虽然层出不穷，例如电弧法、有机合成法等，但是都只是处于实验室研究阶段，因此，如何提高石墨烯的制备效率、以及产率是未来石墨烯的产业化所面临的重要问题之一。通过对传统Hummers法制备氧化石墨烯进行改进，提高氧化石墨烯的制备效率以及产率，不仅可以推动氧化石墨烯在催化领域、分析检测领域、改性聚合物领域、以及生物医药领域等的进一步应用与推广而且对未来石墨烯大规模产业化具有十分重要的意义。传统碳系导电油墨已经广泛应用于各种领域，但传统碳系导电填料（炭黑、石墨、碳纤维及其混合物）在导电性能上的缺点已经不能满足未来印刷电子发展的需求。

2. 国内外研究现状分析

石墨烯是一种最近几年发展起来的具有优良的力学、电学和化学性能的材料[1]。氧化石墨烯表面有大量的官能团，如羟基、羧基、环氧基，这使得它容易与有机物结合反应，还原后变成的石墨烯，性质和原始石墨烯的性质相似，和氧化石墨烯（go）的区别在于没有了官能团，这使得它很稳定，很难与其他物质结合，石墨烯是目前发现的硬质最大的物质，有极好的导电和力学性能[2]。

加州大学河滨校区、摩尔多瓦州立大学和graphenea科学家连学研究表明，氧化石墨经高温处理还原至石墨烯的过程，可以增加沿石墨烯膜的热导率，垂直方向的热导率则有所降低。科学家强调这种方法在热管理中具有潜在的应用，如热金属表面的充填物或冷却电子产品的灵活散热器。研究表明高温还原过程中的go的热导率有很大的提升（提高接近30倍）。当温度升高到至1000℃，go被还原成rgo的过程，沿着石墨烯薄膜的热导率很高，而垂直于石墨烯膜的热导率有所降低。

导电涂料的研究始于20世纪40年代中期。1945年，美国centralab公司就将炭黑树脂导电涂料应用于小型振动放大电路中。1948年，美国专利公开了一种银和环氧树脂制成的导电涂料，被认为是导电油墨最早的雏形。1959年美国dupont公司最早开发出以pb/ag-pbo为填料的导电涂料并应用于ibm的计算机上。20世纪60～70年代，dupont公司又开发出了ru2o和钌酸盐系列的导电涂料。1996年华盛顿大学的fernandez科研团队研究了以炭黑为导电填料、丙烯酸为联结料的水性导电油墨，已初步具备了现代意义上的导电油墨的组分特征[3]。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.氧化石墨烯的制备：60ml浓硫酸溶液加入10g石墨粉混合后再加入8.4g过硫酸钾和p₂o₅在80℃的条件下搅拌5h。反应结束后，搅拌变冷抽滤并洗至中性，置于烘箱中烘干。取其中4g加入240ml浓硫酸和30g高锰酸钾搅拌并且慢慢升温20℃～35℃反应4h后加入0.5l去离子水。慢慢加入，调节温度至50℃反应2h。将上述溶液转移至2000ml 大烧杯中并加入1l去离子水和滴加25ml 30％双氧水。加入720ml 5％的盐酸和蒸馏水洗至中性，60℃烘干。

2.高温还原氧化石墨烯：石英坩埚中放料，给管式炉预热，加热到900，保持一分钟后推到另一边。加热至900开始通氩气，通十分钟，设置参数：上升到900保持十分钟，每分钟下降10用70分钟降到200，运行；最后运行结束关闭炉子按钮，打开炉盖室温冷却，取出坩埚，将还原氧化石墨烯放入表面皿保存。

4. 研究创新点

采用快速升温的制备工艺所得的高温还原氧化石墨烯，从而获得还原度较高的石墨烯和最佳的简单而又环境友好的制备工艺，来制备石墨烯导电油墨。