揭示原始石墨烯薄片的潜力：与氧化石墨烯的比较

作者：阿坎莎·乌拉德，印度理工学院鲁尔基博士学者以及石墨烯和2D材料科学作家

石墨烯因其独特的性能和广泛的应用而被称为21世纪的“神奇材料”。尽管氧化石墨烯有许多来源，但石墨烯革命发展的主要障碍之一是获得价格合理的大型，薄而无缺陷的石墨烯（原始）薄片的工业数量。本文旨在阐明原始石墨烯片的好处和性质，以及它与氧化石墨烯的区别。

原始石墨烯薄片的重要性

直到今天，几乎所有的应用都集中在类石墨烯材料上，如氧化石墨烯（GO）或其衍生物（例如，还原氧化石墨烯（r-GO）），而不是原始的石墨烯薄片。然而，为了合成氧化石墨烯，液相去角质或化学还原等过程需要长时间的超声处理和/或使用有毒的，对环境有害的化学品。因此，氧化石墨烯薄片不仅含有对其电子性能产生负面影响的显着成分和结构缺陷，而且还无法保留石墨烯最根本（或根本上独特）的特性，导致性能下降。在应用方面，原始石墨烯片提供了显着的优势。相比之下，氧化石墨烯在低价值应用中被广泛使用，例如道路建设，其中氧化石墨烯可以加固沥青或混凝土，使道路更耐用，并延长道路的使用寿命，曼彻斯特大学的Arun Raju博士说。

原始石墨烯片 vs 氧化石墨烯

与本质上是亲水性的氧化石墨烯薄片相比，研究人员发现，一定尺寸（低于1微米横向尺寸）的原始石墨烯薄片可以表现出两亲行为。这种石墨烯片在其边缘吸引水，但在其表面排斥水，使其成为可以稳定油和水乳液的下一代表面活性剂。

要考虑的另一点是，氧化石墨烯需要额外的稳定剂来稳定油/水乳液。然而，原始石墨烯片是一种新型的稳定剂，可以在不使用任何其他试剂的情况下稳定油/水乳液。

许多研究发现，原始石墨烯薄片在导电性，机械柔韧性以及化学和热稳定性方面优于GO或r-GO。根据莱斯大学研究人员进行的一项研究，通过去角质获得的原始石墨烯片（10nm厚）具有110，000 S / m的高导电性，而r-GO仅为7，000 S / m。

同行评审期刊Carbon上的一项研究报告说，将原始石墨烯薄片与聚合物混合会产生比单独的碳纳米管或氧化石墨烯具有更好的机械和导电性能的复合材料。

原始石墨烯片的新应用

据广泛报道，与GO或r-GO相比，原始石墨烯薄片因其低氧含量，低片电阻率和高透明度而非常适合用于气体传感器，透明电极和其他电子电气设备。

根据Avadain的一项研究，使用0.5%的石墨烯薄片作为超级电容器的阴极/阳极材料，可以在10 A / g的高电流范围内实现100%稳定的电容效率，而使用r-GO导致电容效率降低25%。

石墨烯片具有（如上所述）作为表面活性剂的能力，使其成为一种灵活的2D稳定剂，非常适合各种工业用途，包括矿物和原油的提取。

石墨烯片是油漆，陶瓷或复合材料，过滤器，导电催化剂等合成中分散剂的有希望的候选者，因为它们具有两性，并且在高温等不利条件下具有强大的功能能力。

rGO已被广泛研究用于神经应用的下一代医疗设备。然而，由于基面上官能团的缺陷和部分去除，其电导率通常低于原始石墨烯。由于它们的导电性增强，原始石墨烯薄片已被发现是使用生物电神经接口（例如金属）的更好选择。2022年9月发表在《今日应用材料》杂志上的一项研究发现，“下一代神经医疗设备”需要原始的石墨烯导电材料，这些材料可以与脆弱的神经组织无缝集成，同时最大限度地减少有害的次要影响，如疤痕和降低的生物活性。

采用原始石墨烯片的未来挑战和机遇

目前可用于生产高质量原始石墨烯的方法有许多缺点，包括石墨烯收率低，昂贵且有毒的去角质介质，经常难以去除的表面活性剂，以及可以减小石墨烯薄片横向尺寸的长期超声处理。

Avadain的新型环保电化学去角质和膨胀技术克服了这些挑战，该技术通过分离石墨的原子层，生产出原始的石墨烯片，产量超过70%。该技术采用极性溶剂作为去角质介质，无需表面活性剂或超声处理，使整个过程具有成本效益，并产生高质量的无缺陷石墨烯薄片。该技术现在正在扩大规模，用于大规模生产。

引用

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