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石墨的无硫膨胀及氧化石墨烯制备初探
石墨的无硫膨胀及氧化石墨烯制备初探
引言
石墨是一种重要的材料，具有优异的导电性和导热性能，因而被广泛应用于电池、导电材料、涂料等领域。然而，石墨的晶体结构是具有层状结构的，其中的层之间存在着范德华力，因此晶体结构比较松散，也比较容易与外部环境中气体、液体等物质发生作用。当石墨被处理时，比如说在高温高压下处理，石墨的层间距会发生增大，从而形成所谓的膨胀石墨。而膨胀石墨因为具有轻质、导热性好、隔热性好等优点，因而是一种非常有用的材料。此外，将石墨去除内部的石墨层，仅保留一个单层的石墨结构，即可得到石墨烯，它是一种新型材料，因其具有较高的比表面积和优异的物理化学性质，引起了广泛的研究兴趣。本文将主要介绍石墨的无硫膨胀及氧化石墨烯制备的初步研究，并探讨其相关性质及应用。
石墨无硫膨胀的制备方法
石墨的膨胀是指石墨晶体在高温反应中，形成了层间距增大的结构。石墨可以通过多种方法膨胀，其中比较常见的方法是硫酸或氯酸等的氧化或硫化膨胀法，但这种方法会产生大量的有害气体，不仅对环境造成污染，也对实验操作人员有一定的危害。因此，无硫酸铵的熔胀法成为一种被广泛探讨的石墨膨胀方法。
无硫酸铵熔胀法是指将无硫酸铵与石墨混合，使其在一定的温度条件下（一般是700℃-900℃）熔胀反应，从而实现石墨的膨胀。这种方法主要由以下几个步骤组成：
1.在无水环境下，将石墨与无硫酸铵混合。
2.将混合物放置在干燥残炭层上，进行预热。
3.预热后，将混合物置于操作温度范围内，将其熔化反应。
4.熔化反应完成后，将反应渣置于凉水中，进行冷却处理。
无硫酸铵熔胀法与其它方法相比，具有以下优点：
1.无需使用有害气体，对环境无污染。
2.无需使用昂贵的原料。
3.简单易操作，成本低。
无硫酸铵熔胀法膨胀后的石墨，在热解处理后，其层间距可达30-400nm，同时仍然保留石墨的结晶性。这使得它常被用于制备石墨烯。
氧化石墨烯的制备方法
氧化石墨烯的制备方法主要包括两种：Hummers氧化法和改良的Hummers氧化法。其中Hummers氧化法是由Hummers等人在1958年首次提出的。这种方法对等体积混合的浓硝酸、浓硫酸以及结晶水等在冷却的H2SO4中缓慢滴加，并在搅拌、冷却、稀释、过滤、再次混合、稀释、沉淀、过滤和干燥等步骤后可以得到氧化石墨烯。
改良的Hummers氧化法则是在Hummers氧化法基础上，通过变化参数以及添加还原剂，使得制备过程更为简单并且可控性更好。
氧化石墨烯的特性和应用
氧化石墨烯具有较高的比表面积、优异的导电性能、质轻、机械强度高、紫外线和抗腐蚀等优点。由于氧化石墨烯的结构为单层石墨结构，因此相比于石墨层之间存在的范德华力作用而言，其层与层之间的作用更为弱，因而更容易进行杂质掺杂。这也带来了一定程度上的缺陷，在不同的应用场景之下会有不同的表现，比如周期性的折叠、嵌套等现象。
由于氧化石墨烯的独特特性，其应用领域也相应有着较广的发展前景。例如，在生物医学领域中，其被应用于便携式化验设备的生产，用于检测体液中的血脂、血糖、尿常规等。在能源领域中，其可以被制作为锂离子电池的电极材料，具有更优异的性能表现。在强材料、聚合物等领域也得到了广泛的应用。
结论
石墨的无硫膨胀及氧化石墨烯制备是石墨材料研究中的重要部分。本文介绍了石墨的无硫膨胀的制备方法及其优点，并简单介绍了氧化石墨烯的制备方法、特性和应用。在未来研究中，应进一步研究石墨膨胀以及氧化石墨烯的制备方法，拓展其应用范围，以适应不同领域的应用需求。