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石墨烯在功能涂料中的应用概述

石墨烯在功能涂料中的应用概述
石墨烯在功能涂料中的应用概述

有机功能化石墨烯的制备及其应用

有机功能化石墨烯的制备及其应用 张丽园1,2 ,姚 远 2 (1.蚌埠学院应用化学与环境工程系,安徽蚌埠233000; 2.合肥工业大学化工学院,合肥230009) 摘要:石墨烯是一种新型的二维平面纳米材料,其所具有的单原子层结构使它拥有许多新奇的特性,从2004年被发现以来,引起了科学界的高度重视,目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点。然而由于石墨烯易于团聚堆积成石墨,不能均匀的分散在基体中,这很大程度上限制了它的应用。为了将石墨烯与其它物质有效复合,充分发挥其在电子学、生物医学、催化、传感器、储能等领域的优良特性,对其进行功能化改性是有效的方法之一。着重介绍了石墨烯有机功能化制备方法及其应用的最新研究进展,并对石墨烯的功能化发展方向进行了展望。 关键词:石墨烯;氧化石墨;有机功能化;表面改性 中图分类号:O6-1文献标志码:A 文章编号:1671-380X (2012)08-0016-05Preparation and Application of Organo -Functionalized Graphene ZHANG Li -yuan 1,2 ,YAO Yuan 2 (1.Department of Chemistry and Environmental Engineering ,Bengbu College ,Bengbu 233000,China ; 2.School of Chemical Engineering Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China ) Abstract :Graphene is a novel two -dimensional nanomaterial with a flat monolayer of carbon atoms structure ,which has contributed to its unique features.Since it had been discovered in 2004,the graphene has attracted a great deal of attention worldwide in the sciences ,and became the focus of the researches all over the world.How-ever ,the structure of the graphene has lots of limitations in the applications in compounding with other materials ,and restricted its wide usage.To materialize the prospect applications as much as possible in the field of electron-ics ,biomedicine ,catalysis ,sensors ,energy storage etc.The key is to ograno -functionalized graphene in a con-trolled way.This paper emphasized on some common preparations and the applications of organo -functionalized graphene.Besides ,the developing trend of organo -functionalizing of graphene was forecasted.Key words :Graphene ;Graphene Oxide ;Organic Functionalize ;Surface Modification 1 引言 石墨烯是一种新型的具有单原子层结构的二维 平面纳米材料,从2004年被发现以来,引起了科学界的高度重视,目前已成为了材料学、物理学、 化学等学科领域的研究热点[1] 。其独特的二维蜂窝状晶格结构,使其拥有许多新奇的特性,如:较高的杨氏模量( 1100GPa )、载流子迁移率(2?105cm 2/(V ·s ))、热导率( 5000J /(m ·K ·s ))和比表面积(理论值2630m 2/g ),还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等 现象 [2] ,这些特性使得石墨烯在纳米电子学、纳 米复合物、氢气超级电容器等领域有着广泛潜在的 应用[3] ;其特有的单原子层结构和较大的表面积 的特性还可使其在生物医学方面得到应用[4] 。然而理想石墨烯易团聚堆积成石墨形态,并不利于与 其它物质进行复合,使其的应用受到了大幅限制。为了解决这个问题,石墨烯的有机功能化改性是非常有效的方法,极大地拓展了石墨烯的应用领域。基于材料化学的角度,对石墨烯的表面有机改性及其应用等方面进行简要的综述。 · 61·第34卷第8期2012年8月宜春学院学报 Journal of Yichun College Vol.34,No.8Aug.2012 * 收稿日期:2012-05-31 基金项目:安徽省高等学校自然科学基金(KJ2009B212Z )。 作者简介:张丽园(1980-),男,安徽凤阳人,博士生,主要从事绿色化学和材料学研究。

石墨烯的制备与表征综述

氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括:分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。

石墨烯制备方法研究

石墨烯制备方法研究 具有优良的力学、电学、热学及电子学性质的石墨烯,近些年来成为研究的热点。简单介绍了石墨烯制备的主要方法,包括微机械分离法、化学插层法、加热SiC法及气相沉积法。 标签:石墨烯;制备方法 0 引言 自2004年Novoselov,K. S.等使用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离观测到石墨烯以来,碳元素同素异形体又增加了新的一员,其独特的性能和优良的性质引起了研究人员的极大关注,掀起了一波石墨烯的研究高潮。 石墨烯又称单层石墨,是只有一个C原子层厚度的石墨,是构建其他碳质材料的结构单元。通过SP2杂化成键,碳原子与周围三个碳原子以C-C单键相连,同时每个碳原子中未成键的一个π电子形成与平面垂直的π轨道。结构决定性质,石墨烯具有强度很大的C-C键,因此其具有极高的强度(其强度为130GPa,而无缺陷的石墨烯结构的断裂强度是42N/m)。而其可自由移动的π电子又赋予了石墨烯超强的导电性(石墨烯中电子的典型传导速率为8×105m/s)。同时,石墨烯还具有一系列奇特的电子特性,如反常的量子霍尔效应,零带隙的半导体以及电子在单层石墨片层内的定域化现象等。 规模化制备大批量石墨烯是石墨烯材料应用的第一步,已成为当前研究的重点。按照石墨烯的制备途径,可以将其制备方法分为两类:自上而下制备以及自下而上制备。顾名思义,简单地说自上而下途径是从石墨中获得石墨烯的方法,主要依靠物理过程处理石墨使其分层来得到石墨烯。自下而上途径是从碳的化合物中断裂化学键生长石墨烯的方法,主要依靠加热等手段使含碳化合物分解从而生长石墨烯。 1 自上而下制备石墨烯途径 自上而下途径是从石墨出发(又可称之为石墨途径),用物理手段如机械力、超声波、热应力等破坏石墨层与层之间的范德华力来制备单层石墨的方法。根据石墨处理方法的不同,又可细分为机械剥离法和化学插层法。前者是直接使用机械方法将石墨分层来获得石墨烯的方法。后者则是将石墨先用化学插层剂处理转换为容易分层的形式如石墨插层化合物,然后再对其处理来获得石墨烯。 这类方法的优点是原料来源广泛,制备操作较为简单,制备一般不需高温,对设备要求不是很高,但是这类方法是通过石墨分层得到的,得到的单层石墨混在石墨片层中,其分离比较困难,而且生成的石墨烯尺寸不可控。 1.1 机械剥离法

氧化石墨烯的制备方法总结

氧化石墨烯的制备方法: 方法一: 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨,大致分为3 个阶段,低温反应:在冰水浴中放入大烧杯,加入110mL 浓H2SO4,在磁力搅拌器上搅拌,放入温度计让其温度降至4℃左右。加入-100目鳞片状石墨5g,再加入NaNO3,然后缓慢加入15g KMnO4,加完后记时,在磁力搅拌器上搅拌反应90min,溶液呈紫绿色。中温反应:将冰水浴换成温水浴,在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃,让其反应30 min,溶液呈紫绿色。高温反应:中温反应结束之后,缓慢加入220mL 去离子水,加热保持温度70~100℃左右,缓慢加入一定双氧水(5 %)进行高温反应,此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤,直至BaCl2检测无白色沉淀生成,说明没有SO42-的存在,样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4,一开始温度会急剧上升,很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。 方法二:Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。方法三:修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨,如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶,加入适量的浓硫酸,磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物,再缓慢加入6 g高锰酸钾,控制反应温度不超过10 ℃,在冰浴条件下搅拌2 h后取出,在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4(质量分数)溶液进行稀释,搅拌2 h后,加入6 mL H2O2,溶液变成亮黄色,搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次,使其pH~7,得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中,60 W功率超声约3 h,沉淀过夜,取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥,即得片层较薄的氧化石墨烯,如图1中(2)过程。

石墨烯改性

综合实践论文 题目:石墨烯改性研究进展 班级:高分子112 姓名:陈阳建 指导老师:祖立武 日期:2014年6月20日

石墨烯改性研究进展 陈阳建 齐齐哈尔大学材料学院,黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展,分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中,石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化;石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点,并在原有改性方法的基础上,展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯;改性;综述;共价键功能化;非共价键功能化;掺杂;离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment

石墨烯的制备方法

石墨烯的制备方法 主要市场包括:石墨烯透明导电薄膜材料的生产和销售,以及在透明电极、储能、电子器件等领域的应用技术开发和技术支持服务。公司目前的石墨烯导电层产品功能良率能做到85%,但外观良率目前只能做到60%左右。目前产品已经在低端手机上逐渐应用。常州二维碳素科技有限公司的关键技术如下: ②辉锐集团由辉锐科技(香港)有限公司,辉锐材料科技有限公司与辉锐电子技术有限公司。 辉瑞科技专注于石墨材料的研发和生产,是大面积高质量石墨烯的量产成为现实。而辉锐材料则主要从事应用产品的设计和营销,提升石墨烯在移动设备,发电和能源储备,医疗保健等领域的应用。 辉锐科技是一家从事石墨烯技术发展的公司,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场,且计划未来3年公投资1.5亿美元发展石

墨烯移动设备市场。5月份,厦门大学,英国BGT Material Limited 和福建辉瑞材料有限公司签署协议在厦门大学建立“石墨烯工业技术研究院”。石墨烯发明者诺贝奖物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫等将加盟改研究院。公司正研制利用石墨烯制造可屈曲触摸屏,目前已经投产。 2. 石墨烯在锂离子电池领域的应用 石墨烯优异的导电性能可以提升电极材料的电导率,进而提升锂离子电池的充放电速度;石墨烯的二维层状结构可以有效抑制电极材料在充放电过程中因体积变化引起的材料粉化;石墨烯还能很好地改善锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性和安全性。除此之外还能大幅提高电池的充放电速度。国内研究成果: 宁波墨西科技有限公司依托中科院宁波所技术研发实力,产学研一体化优势,使得公司在石墨烯领域走在行业前列;公司产品分为三大类:基础产品(浆料、粉体)、专用分散液、工业化应用产品。在锂电池领域,已经开发出石墨烯复合电极材料、石墨烯导电添加剂、石墨烯涂层铝箔等;公司石墨烯导电剂产品已经在磷酸铁锂电池厂商试样,能有效提高电池倍率充放电性能。 宁波墨西锂电池领域研发目标:第一,2016 年实施Battery 200 计划,研发能量密度达到200Wh/kg 的新型电力锂电池及其材料技术;第二,2020 年实施Battery 300 计划,研发能量密度达到300Wh/kg 的下一代动力锂电池及其材料技术。目前技术路线,以石墨烯作为新一代导电剂研发为主,包括石

石墨烯的制备方法概述

石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯,验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下:首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上, 再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。

1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850°C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中,超声1h后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明,当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时,溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量,能够较好地剥离石墨烯

石墨烯制备综述

石墨烯制备方法综述 石墨烯的制备方法可以分为物理和化学制备方法。物理的方法主要是采取机械剥离的方法,化学方法主要是分为化学沉积和化学合成两大方向。物理制备方法包括微机械剥离法,碳纳米管切割法,取向复生法等;化学制备方法包括化学气相沉积法,氧化还原法,液相剥离法,有机合成法,SiC外延生长法等。 物理方法制备石墨烯共同的缺点就是生产出的石墨烯厚度不一,可操作性差,并且无法生长出大尺寸的石墨烯,但微机械剥离法为人类发现石墨烯做出了重要的贡献。 化学制备方法中化学气相沉积法和氧化还原法分别是先进制备石墨烯薄膜和石墨烯粉体最重要的方法,也是最有希望实现大规模制备石墨烯的方法。化学气相沉积法制备的石墨烯能生成大尺寸石墨烯薄膜,但制备技术仍然缺乏稳定性,在转移过程中也会造成石墨烯缺陷,制备得到的石墨烯薄膜面积仍然相对有限。氧化还原法制备过程中采用强酸,容易造成设备损坏和环境污染,制备得到的石墨烯粉末品质不高。整体上,化学制备方法是最有希望实现大规模制备石墨烯的方法,但存在稳定性问题,技术还需要继续改进。表4.1是各种制备方法的优缺点。 表1.1各种石墨烯制备方法的优缺点列表

4.1.1石墨烯的CVD法制备工艺 CVD法制备研究概况:用化学气相沉积(CVD)方法在金属催化剂基底上可以得到大面积连续的石墨烯薄膜,所用的多晶基底相比于单晶基底更为廉价易得,同时生长出的石墨烯薄膜的转移也相对简单,目前来看是大规模制备石墨烯的最有希望的方法之一。通过CVD生长方法已经获得大面积(最大面积可达30英寸)、高质量、层数可控、带隙可调的石墨烯薄膜材料。这种生长方法因其便捷易操作且可控性高、能与下一步石墨烯的转移与应用紧密结合的优点,已经成为石墨烯生长领域的主流方法。石墨烯在金属催化剂表面的CVD生长是一个复杂的多相催化反应体系。该过程主要包括如下几步:(1)烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解;(2)表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散。某些

石墨烯磺酸功能化实验方案

实验方案备注 (1)4-磺酸基-氟硼酸重氮苯的合成 S1:称取17.3g4-磺胺酸(0.1 mol)固体溶于100ml蒸 馏水中后 S2: 将31.8 mL氟硼酸水溶液 (40 wt %, 0.2mol) 缓缓逐 滴加入磺胺酸水溶液中。将混合溶液冷却至0℃。 S3:维持恒温5℃,将7.0 g亚硝酸钠(100mmol)溶于 蒸馏水中,缓缓加入上步所得溶液中。添加完成,持 续搅拌2h。 S4:抽滤收集白色沉淀,再用乙醚洗涤数次。将白色 沉淀冷冻干燥和储存。 时间:2.5h (2)GP-SO3H(DS=1.21)的合成 S1:称取0.6g石墨烯粉末(GO,约0.05mol),其分散于500mL蒸馏水中. 使用5 wt %的碳酸钠水溶液调节其PH值至9左右。(5.26gNa2CO3,溶于100ml水中) S2:将调整过得溶液进行轻微的超声处理30min。将GO溶液用离心机分离30min以移除未反应的石墨,转速为2000rpm。 S3:称量3.9g硼氢化钠(0.1 mmol)溶于10mL蒸馏水中,将其加入GO的水溶液中,在70℃下反应1h。抽滤,使用蒸馏水洗涤直至其PH值达到7。 S4:将部分还原的GO重新分散到500mL的蒸馏水中,使用轻微声波震荡30min。使用冰浴将其冷却至室温。 S5:称取0.68 g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯,溶于10mL蒸馏水中,将其缓缓逐滴加入S4得到的溶液中,在室温下搅拌6h。反应溶液使用声波处理10min称量+30min 分散+1h预还原+2h 抽滤+30min分散+12h偶合+2h抽滤+完全还原24h

30min。再称取0.68g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯重复上述步骤。 S6:反应完成后,使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH 值至10以上,伴随添加有沉淀生成。将沉淀过滤出,并用蒸馏水(水)和乙醇洗涤,即可得到GO-SO3H。S7:将GO-SO3H 重新分散在500mL的蒸馏水中,再加入水合肼(5060%, 32 mL),在 120℃下充分还原 24 h。这步中磺酸基的存在使得石墨烯能够很好分散在水中。再使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH值至10以上,过滤得到沉淀,用水完全洗涤,冷冻干燥得到GP-SO3H (1.19 g)。 (3)GP-SO3H纳米纸的制备 S1:将所需量的GP-SO3H分散在水中,使用超声处理。然后使用离心机(2000 rpm)去除不溶的杂质。通过带有400 nm 规格孔隙的PC膜抽滤得到数百纳米至30μm左右的,并自然风干。 S2:从过滤器上将独立的纳米纸剥离,在真空炉中在250℃下进行热处理24h。即可得到可用的GP-SO3H纳米纸。 (4)石墨烯化学键合镀层 S1:将基片预先放置在装有GP-SO3H纳米纸碎片的反应炉中。为防止硅橡胶残余的灰污染基片表面,高温硅橡胶被放置在反应炉预先设定的位置。 S2:将反应炉中抽真空,然后在30min内迅速将温度从室温升至500℃。关闭真空抽取,然后在20min内将温度再次迅速升至1000℃。 S3:管内有气体产生,反应炉内的压力会逐渐升高至大气压,将真空阀转接Ar进气口。将炉中尽快清理干

石墨烯薄膜制备方法研究

北京化工大学本科生毕业论文

题目石墨烯薄膜制备方法研究 诚信申明 本人声明: 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究生成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京化工大学或其他教育机构的学位或证书而是用过的材料,其他同志对研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人愿承担一切相关责任。本科生签名:日期:年月日

本科生毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目:石墨烯薄膜制备方法研究 学院:化学工程学院专业:化学工程与工艺班级:化工0805 学生:艾东东指导教师(含职称):元炯亮副教授专业负责人:刘晓林 1.设计(论文)的主要任务及目标 主要任务:(1)利用Hummers法制备氧化石墨; (2)利用电化学还原法制备石墨烯。 主要目标:配置一定浓度的氧化石墨溶液,导电玻璃作为基底,将氧化石墨溶液涂于导电玻璃表面,在恒电压下还原氧化石墨,制得薄层石墨烯。 2.设计(论文)的基本要求和内容 了解石墨烯国内外的研究现状和发展趋势,以及有关石墨烯的一些制备方法和表征手段,掌握基本的实验操作技能,学会分析实验结果。毕业论文完成后应具备独立进行研究的能力。 3.主要参考文献 [1] 朱宏伟,徐志平,谢丹等.石墨烯-结构、制备方法与性能表征[M].北京:清华大学出版社,2011:36~45 [2]郭鹏.石墨烯的制备、组装及应用研究[D],北京:北京化工大学,2010 [3] Hummers W S, Offeman R E, Preparation of graphite oxide[J].J Am Chem Soc, 1958,80(6):1339 4.进度安排 设计(论文)各阶段名称起止日期 1 前期文献查阅并准备开题2012.2.15~2012.2.29 2 进行相关实验,处理实验数据,分析结果2012.3.1~2012.5.1 3 总结实验结果,编写实验论文2012.5.1~2012.5.20 4 完善毕业论文,进行相关的修改2012.5.20~2012.5.30 5 准备毕业答辩及毕业相关的工作2012.5.30~2012.6.5

石墨烯转移综述

黄曼1,郭云龙2*,武斌2,刘云圻2,付朝阳1*,王帅1* 1. 华中科技大学化学与化工学院,湖北武汉 430074 2. 中国科学院化学研究所有机固体重点实验室,北京100190 摘要目前化学气相沉积(CVD)法合成石墨烯得到了人们的广泛研究。其中如何将生长的石墨烯材料转移到与各种器件匹配的基底上是十分重要的科学问题。文章通过总结与分析目前CVD法石墨烯的几种主要转移技术,从方法、特点和结果等方面综述了转移技术的研究进展,并对转移技术的未来做出了展望。 关键词化学气相沉积法;石墨烯;转移 Research Progress in transfer techniques of graphene by chemical vapor deposition Huang Man1, Guo Yunlong2*, Wu Bin2, Liu Yunqi2, Fu Chaoyang1*, Wang Shuai1* 1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China 2.Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Key Laboratory of Organic Solids, Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China Abstract The growth of graphene by chemical vapour deposition (CVD) is being widely studied. The transfer of CVD-grown graphene onto a substrate for making devices is a very important area of research. In this paper, six main transfer techniques of CVD-grown graphene are analyzed. Also, the recent advances in the methods, characteristics and results of the transfer techniques of CVD-grown graphene are discussed. Finally, the future of transfer techniques is briefly introduced. Keywords:Chemical vapor deposition; Graphene; transfer _______________________________________ 作者:黄曼(1988-),女,硕士,从事石墨烯的制备、表征及性能研究;*通讯作者:付朝阳(1968-),男,副教授,博士,电话-704,(电子信箱);王帅(1974-),男,教授,博士,(手机),(电子信箱),国家自然科学基金项目(),跨世纪优秀人才和国家青年千人项目资助;郭云龙(1982-),男,助研,博士,(手机),(电子信箱).

石墨烯的制备方法

一.文献综述 随着社会的发展,人们对材料的要求越来越高,碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年 确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯;1991年发现了碳纳米管;2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯 家族中又一纳米级功能性材料,它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现,其已 成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。 制备石墨烯的方法有很多种,如外延生长法,氧化石墨还原法,CVD法, 剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。 除此之外,还对其的一些性能进行表征。 二.石墨烯材料 2.1石墨烯材料的结构和特征 石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层 碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。 ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合 材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的 研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石 墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste: 等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的 2倍多,可用于水净化系统。

石墨烯的制备

石墨烯的制备 摘要: 近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣. 人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障. 本文大量引用近三年最新参考文献, 综述了石墨烯的制备方法: 物理方法(微机械剥离法、液相或气相直接剥离法)与化学法(化学气相沉积法、晶体外延生长法、氧化?还原法), 并详细介绍了石墨烯的各种修饰方法. 分析比较了各种方法的优缺点, 指出了石墨烯制备方法的发展趋势. 关键词: 石墨烯; 石墨烯氧化物; 制备; 功能化石墨烯。 背景摘要 2004年, 英国曼彻斯特大学的Geim研究小组首次制备出稳定的石墨烯, 推翻了经典的“热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在”的理论, 震撼了整个物理界[1], 引发了石墨烯的研究热潮[2]. 理想的石墨烯结构可以看作被剥离的单原子层石墨, 基本结构为sp2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料, 这是目前世界上最薄的材料—单原子厚度的材料. 这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象, 使石墨烯表现出许多优异性质[3-6], 石墨烯不仅有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达 2×105cm2/(V·s))[7-8], 突出的导热性能

(5000 W/(m·K))[9-10], 超常的比表面积(2630 m2/g)[11], 其杨氏模量(1100 GPa)和断裂强度(125 GPa)[12-13]也可与碳纳米管媲美, 而且还具有一些独特的性能, 如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质[14]等. 与碳纳米管相比, 石墨烯的主要性能均与之相当, 甚至更好, 避免了碳纳米管研究和应用中难以逾越的手性控制、金属型和半导体型分离以及催化剂杂质等难题, 而且制备石墨烯的原料价格便宜. 正是由于石墨烯材料具有如此众多奇特的性质, 引起了物理、化学、材料等不同领域科学家的极大研究兴趣, 也使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。 一.石墨烯的制备方法概述 目前有关石墨烯的制备方法, 国内外有较多的文献综述,石墨烯的制备主要有物理方法和化学方法. 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料, 通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯, 此法原料易得, 操作相对简单, 合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少, 但费时、产率低下, 不适于大规模生产. 目前实验室用石墨烯主要多用化学方法来制备, 该法最早以苯环或其它芳香体系为核, 通过多步偶联反应取代苯环或大芳香环上6个, 循环往复, 使芳香体系变大, 得到一定尺寸的平面结构的石墨烯(化学合成法)[20]. 2006年Stankovich等[21]首次用肼还原脱除石墨烯氧化物(graphene oxide, 以下简称GO)的含氧基团从而恢复单层石墨的有序结构(氧化?还原法), 在此基础上人们

石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展

石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展

论文 题目: 石墨烯复合材料的制备 及其性能研究进展学生姓名: 学号: 院(系):化工与制药工程系专业班级: 指导教师: 职称: 201 年月

石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展 摘要: 石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用,以及石墨烯复合材料的展望。 关键词:石墨烯;制备;性能;复合材料

Research Progress on Preparation and properties of graphene composite materials Abstract: Graphene has become a hot research field of material for its excellent performance and unique two-dimensional structure. This paper summarizes the method for preparing graphene and compared the advantages and disadvantages of various methods,introduces the mechanics,graphene optical,electrical and thermal properties. Composite materials based on graphene is an important research direction in the field of application of graphene,this paper introduces the preparation and application of graphene polymer composites and graphene based inorganic nano composite material,and the prospect of graphene composite materials. Key words:graphene;preparation;properties;composite materials

深度解读直接溶剂剥离法制备石墨烯

2.2 直接溶剂剥离法制备石墨烯流程图 石墨烯自发现以来,其优异的物理化学性质赋予了其广泛应用前景。要实现石墨烯的应用,必须寻找一种合适的是石墨烯制备方法。目前,石墨烯的制备方 法主要有机械剥离法,化学气相沉积法,还原氧化石墨烯法以及直接溶剂剥离法

等。微机械剥离法和化学气相沉积法虽然能得到高质量的石墨烯,但是产率低,难以满足石墨烯在复合材料等领域的应用。还原氧化石墨烯法实现了石墨烯的低成本大规模制备,但是所得到的石墨烯含有大量的缺陷。采用直接溶剂剥离法,既保持了石墨烯结构的完整性,又能够实现石墨烯的大规模制备,引起了研究者广泛关注,且听“材料+”小编为你慢慢道来。 直接溶剂剥离法在大规模、低成本制备高质量石墨烯方面展示出了极大的优越性,且所得到的石墨烯分散在不同的溶液中,不仅有利于对石墨烯的进一步修饰,而且利于石墨烯的加工应用,如溶液混合制备高性能复合材料,旋涂制备石墨烯薄膜等。因此,发展直接溶剂剥离法制备石墨烯具有重大意义。 何为液相或气相直接剥离法?文献中的定义是这样的:通常直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000℃以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中, 借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液,【材料+】微信平台将会为大家持续带来石墨烯的详细制备方法。 2.1.1 原料的选择 如果要制备片状石墨烯,最好选用鳞片石墨。当然,从石墨制备石墨烯产量相当低。例如,将石墨分散在有机溶剂中进行超声处理,得到石墨烯的产量不足1%。相对于石墨来说,膨胀石墨和石墨层间化合物具有更大的层间距,层与层之间的范德华力相对较小,得到单层石墨烯的产量更高。 2.1.2剥离溶剂的选择 Coleman小组研究表明;当溶剂的表面能与石墨烯相匹配时,溶剂与石墨

石墨烯的制备方法

石墨烯的制备方法 来源:厦门烯成 目前,石墨烯材料的制备方法主要有四种:微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。 2004年英国Manchester大学的Geim和Novoselov等人利用微机械剥离法,也就是用胶带撕石墨[1]获得了单层石墨烯,并验证了二维晶体的独立存在。他们利用氧等离子束在1mm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出20微米见方、深5微米的微槽,并将其用光刻胶压制在SiO2/Si衬底上,然后用透明胶带反复撕揭,剥离出多余的石墨片。随后将粘有剩余微片的SiO2/Si衬底浸入丙酮溶液中,超声去除样品表面残余的胶和大多数较厚的片层。所得到的厚度小于10nm片层主要依靠范德华力吸附在硅片上。最后通过光学显微镜和原子力显微镜挑选出单层石墨烯薄片。利用该方法可以获得高质量的石墨烯,但缺点是所获得石墨烯尺寸太小,仅几十或者上百微米。且制备过程不易控制,产率低,不适合大规模的生产和应用。 同年美国佐治亚理工学院W.A. de Heer等人通过加热单晶6H-SiC脱除Si,在单晶SiC (0001) 面上外延生长石墨烯[2]。具体过程是:将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通过电子轰击加热,除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后,将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后保持1分钟到20分钟,以形成极薄的石墨层。相比微机械剥离法,外延生长法可以实现较大尺寸,高质量石墨烯制备,是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法,然而石墨烯的厚度由加热温度决定,大面积制备单一厚度的样品比较困难,且SiC过于昂贵,得到的石墨烯难以转移到其它衬底上。

石墨烯综述

石墨烯概述 石墨烯(Graphene)作为一种平面无机纳米材料,在物理、化学、科技、数码方面的发展都是极具前景的。它的出现为科学界带来极大的贡献,机械强度高,导热和导电功能极具优势,原材料来源即石墨也相当丰富,是制造聚合复合物的最佳无机纳米技术。由于石墨烯的运用很广泛,导致在工业界的发展存在很严重的一个问题就是其制作过 程规模浩大,所以应该将其合理地分散到相应的聚合物内部,达到均匀分布的效果,同时平衡聚合物之间的作用力。 石墨烯的内部结构是以碳原子以sp2 杂化而成的,是一种单原子结构的平面晶体,其以碳原子为核心的蜂窝状结构。一个碳原子相应的只与非σ键以外的三个碳原子按照相应的顺序连接,而其他的π则相应的与其他的的碳原子的π电子有机地组成构成离域大π键,在这个离域范围内,电子的移动不受限制,因为此特性使得石墨烯导电性能优异。另一方面,这样的蜂窝状结构也是其他碳材料的基础构成元素。如图 1-1 所示,单原子层的最外层石墨烯覆盖组成 零维的富勒烯,任何形状的石墨烯均可以变化形成壁垒状的管状[1]。因为在力学规律上,受限于二维晶体的波动性,所以任何状态的石墨烯都不是平整存在的,而是稍有褶皱,不论是沉积在最底层的还是不收区域限制的。,如图 1-2 所示,蒙特卡洛模拟(KMC)做出了相应的验证 [3]。上面所提的褶皱范围在横向和纵向上都存在差异,这种微观褶皱的存在会在一定程度上引起静电,所以单层的会很容易聚集起来。同时,褶皱的程度也会相应的影响其光电性能 [3-6] 图 1-1. 石墨烯:其他石墨结构碳材料的基本构造单元,可包裹形成零维 富勒烯,卷曲形成一维碳纳米管,也可堆叠形成三维的石墨[7]。? Figure 1-1. Graphene: the building material for other graphitic carbon materials. It can be wrapped up into 0D buckyballs, rolled into 1D nanotubes or stacked into 3D graphite[7].

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