納米石墨片的制備及性能研究.pdf

1、石墨烯具有二維平面結(jié)構(gòu),這種特殊結(jié)構(gòu)使其力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能等都優(yōu)于普通的半導(dǎo)體材料,自被發(fā)現(xiàn)以來,石墨烯就成為前沿科學(xué)的研究熱點。雖然這種新型材料用途廣泛,并且可以為相對論等量子物理理論提供新的研究途徑,但是從最基本來講,大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的方法一直沒有得到突破性進展。石墨烯的應(yīng)用在很大程度受到了限制,本論文的目的就是研究一種實驗周期短,設(shè)備簡便易行,產(chǎn)率高,并且工藝過程可控的制備方法。
　　 本論文在改進的Hummers

2、法制備氧化石墨的基礎(chǔ)上,通過多次實驗,改善了工藝條件,考察了影響氧化過程的因素,諸如氧化劑的添加速率、氧化溫度、氧化時間、加水方式等,得到了氧化程度較高的氧化石墨烯分散液,靜置幾個月后也不會發(fā)生團聚現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明,氧化劑和石墨的加入量必須控制在適當(dāng)?shù)谋壤?若氧化劑過量則會引入雜質(zhì),氧化劑不足則造成反應(yīng)不充分;氧化劑和石墨的用量決定氧化時間,如果氧化時間過長產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)就會被破壞,過度的攪拌會破壞其片層結(jié)構(gòu),并且對氧化反應(yīng)的作用也不明顯

3、;嚴格控制氧化劑的添加速度和氧化反應(yīng)過程中的水浴溫度,可以使石墨層間距進一步變大。
　　 其次采用不同的還原方法制備出石墨烯,實驗發(fā)現(xiàn)化學(xué)還原法相比于加熱法比較簡單,且便于操作,還原劑選用氫碘酸的效果明顯優(yōu)于水合肼和硼氫化鈉,還原后的石墨烯溶液需要經(jīng)過微磺化處理才可以穩(wěn)定分散。最后利用液相電化學(xué)方法沉積石墨烯薄膜,實驗結(jié)果表明,該方法需要高濃度的石墨烯分散液,如果濃度過低則很難在基片表面形成石墨烯膜。在石墨烯的還原過程中,在氣液

4、界面處形成了大面積不規(guī)則的氧化石墨烯膜,實驗發(fā)現(xiàn)膜的厚度可以通過加熱時間來控制,改變水浴時間可以得到特性各異的氧化石墨烯膜。
　　 最后通過紫外光譜、熱重分析、XRD、SEM和TEM分別表征了氧化石墨和石墨烯的結(jié)構(gòu)以及形貌,同時還從宏觀角度觀察了氧化石墨的顏色隨著氧化程度的不同而發(fā)生變化。熱重分析結(jié)果表明氧化石墨的熱穩(wěn)定性很好,溶劑熱法還原氧化石墨烯不會影響其性質(zhì)。SEM和TEM表征了氧化反應(yīng)中產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化,實驗結(jié)果表明超聲處