【摘要】 通过DSC与TMA技术揭示氧化石墨烯纸脱氧活化能(153.8kJ/mol)及210-230°C关键反应窗口，精准调控电导率与超疏水性，助力石墨烯基器件工业化应用。

氧化石墨烯（GO）的表面/边缘富含含氧基团（OCMs），如羟基、环氧基和羧基，其复杂化学结构虽经数十年研究仍存在挑战。OCMs的含量直接影响材料的电学、热学及化学特性，而脱氧热动力学过程对调控氧化石墨烯纸（GOP）向脱氧氧化石墨烯纸（DGOP）的转化至关重要。本研究通过差示扫描量热法（DSC）​​ 与热机械分析（TMA）​​ 技术，首次揭示了脱氧温度对电输运性能与疏水性的调控机制，为石墨烯基材料在能源存储、传感等领域的应用提供理论支撑。

 

核心发现与技术突破

1.​脱氧活化能定量分析​

DSC多升温速率实验（5-25°C/min）结合Kissinger模型，精准测定GOP→DGOP的活化能为153.8 kJ/mol​（图1）。脱氧反应主峰位于210-230°C，此温度区间为调控OCMs去除的关键窗口。

图1. DGOP脱氧热动力学:(a) DSC曲线，(b) Kissinger图。[1]

 

​2.尺寸变化与电性能关联​

TMA分析（升温速率1-5°C/min）表明脱氧过程中GO层间收缩率与加热速率呈负相关（图2）。当脱氧温度升至250°C时，材料由深棕转为黑色，层间距缩小显著提升电导率与超疏水性。

图2. 尺寸变化与TMA加热速率的关系。[1]

 

3.性能调控工业价值​

通过控制200-230°C脱氧窗口，DGOP电导率可提升3个数量级，接触角＞150°。该发现为柔性电极、防水涂层等应用提供可控制备方案。

 

实验方法论

  • ​DSC参数​：Netzsch STA-447F，氩气氛围75ml/min，升温速率5/10/15/20/25°C/min
  • ​TMA参数​：TA Q-400，预载荷0.01N，工作载荷0.2N，氩气保护

 

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