石墨烯纳米片/纤维素大分子界面作用特征及其利用研究

It is a worthwhile attempting new method to exfoliate the graphite into graphene nanosheet and synthesize graphene-based complexes by utilizing the interfacial interaction between graphite layers and solid molecules with the aid of mechanical force fields. Due to lack of the cognition of nature of interfacial interaction between graphite layers and other solid media, the progress towards the quality control and quantitative preparation of graphene nanosheet is in an unsatisfactory situation. Therefore, we propose to investigate the features of the interfacial interaction between the graphite layers and the cellulose macromolecules with the aid of mechanical force fields by using solid cellulose or cellulose derivatives as both grinding aid and dispersing agent and without using a liquid solvent or an inert gas protection. That is, we would reveal the essence of the interfacial interaction which may be achieved by improving the crystal transformations and microstructure changes and meanwhile increasing the accessibility of the layers and the cellulose molecules with the aid of mechanical force fields. Taking the advantage of the characterization of the interfacial interaction, the controllable exfoliation of graphene nanosheets and composite formation process would be studied consequently. We would develop novel graphene-based composite materials and study their application possibility as function materials, such as conductive coatings and lithium batteries.

在外加力场的作用下，利用天然石墨层片与其他固态分子界面的相互作用来剥离制备石墨烯及其复合材料，是一种值得尝试的新方法。鉴于目前对石墨层片与其他介质界面作用本质问题认知的缺乏导致石墨烯纳米片质量控制与量化制备等方面进展不尽人意的情况,本项目提出以固态纤维素大分子为研磨助剂兼分散剂，研究外场力作用下石墨层片与纤维素大分子界面作用的特征，即借用机械力场的作用，促进纤维素晶型以及微观结构的变化，同时增加石墨层片与纤维素大分子的可及性，使其形成界面作用，揭示其界面作用的本质。充分利用石墨层片与纤维素大分子界面相互作用特征，对石墨烯纳米片进行可控的剥离与复合过程研究。发展新型石墨烯基复合材料，研究其在导电涂料、锂电池材料等功能材料方面应用性能。

在外加力场的作用下，利用天然石墨层片与其他固态分子界面的相互作用来剥离制备石墨烯及其复合材料，是一种值得尝试的新方法。鉴于目前对石墨层片与其他介质界面作用本质问题的认知困乏导致石墨烯纳米片质量控制与量化制备等方面进展不尽人意的现状, 本项目提出既不使用惰性气体保护、也不使用液态溶剂为助磨剂，以固态纤维素大分子为研磨助剂兼分散剂，研究了外场力作用下石墨层片与纤维素大分子界面作用的特征，即借用机械力场的作用，促进纤维素晶型以及微观结构的变化，同时增加石墨层片与纤维素大分子的可及性，使其形成界面作用，揭示了其界面作用的本质。充分利用石墨层片与纤维素大分子界面相互作用特征，对石墨烯纳米片进行了可控的剥离与复合过程研究。经过四年来的研究，我们先后对机械力场与分子界面相互作用（包括分子内氢键、范德华力等弱键以及化学键等）的协调作用有了深刻认识，找到了氢键、范德华力等破坏与重组的控制规律，提出了不同极性条件诱导下，纤维素大分子凝聚态结构剥离、调控机理，发现了单层石墨烯剥离新方法，为机械剥离法制备高质量、宏量化石墨烯纳米片以及石墨烯基新型复合材料的制备提供了理论基础与指导。