无硫可膨胀石墨的制备及机理研究

膨胀石墨综述

HUNAN UNIVERSITY 膨胀石墨制备 膨胀石墨制备 学生姓名：张成智 学生学号：B1513Z0359 学院名称：材料科学与工程学院 指导老师：陈刚 二〇一五年十一月 膨胀石墨制备工艺综述 摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。例如，旋转发动机顶点部分的滑

动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。 关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用 膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么这些都需要给一个明确的定义才行。天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。可膨胀石墨之所以能够膨胀是由于其层间的化合物受热分解产生大量的气体，这些气体受压产生很大的推力，而其碳层因受到该推力而向外膨胀， 图1 这个时候的膨化温度为起始膨化温度[3]。最早是德国科学家Schafautl发现可膨胀石墨。在1841年，他在浓硫酸和浓稍酸的混合液中加入石墨，将反应得到的

石墨烯的制备方法与应用

石墨烯的制备方法与应用 摘要: 石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的热潮。关键字: 石墨烯, 制备, 应用,氧化石墨烯，传感器 石墨烯的定义 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。 石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)。 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯; 可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。

单原子层石墨晶体薄膜。 每个原胞中两个碳原子，每个原子与最相邻三个碳原子形成三个σ键。 每个碳原子贡献一个多余p电子，垂直于graphene平面，形成未成键的π电子——良好的导电性。 石墨烯的性能 最薄——只有一个原子厚 强度最高——美国哥伦比亚大学的专家为了测试石墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本，然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这个结果测算，要使1 米长的石墨烯断裂，需要施加相当于55 牛顿的压力，也就是说，用石墨烯制成的包装袋应该可以承受大约两吨的重量。 没有能隙——良好的半导体 良好的导热性 热稳定性——优于石墨 较大的比表面积 优秀导电性——电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度--电子的“光速”移动碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予

生物质固硫型煤

生物质固硫型煤简介 一、概述 生物质是指木屑、稻草、麦秆、玉米杆、棉花杆等农林废弃物。这种废弃物我国每年约产生7亿吨，有效利用约50%，另外50%被焚烧或腐败。 生物质型煤就是将上述生物质与矿物煤混合加工制成的型煤。这些生物质在制成的型煤中一定程度上起到了均匀结合剂的作用。因此可以将固硫剂、助燃剂等比较均匀的分散在型煤中，固硫、固氯和助燃的效果明显提高。 据估计，我国SO2的年排放量在1825万吨以上，其中80%来自燃煤。我国国土面积的40%已遭酸雨侵蚀，严重影响环境和生态平衡，已引起了国际社会的关注。因此，国家要求工业锅炉和炉窑燃用低污染的型煤。 二、产品的技术特点 1、型煤中的生物质起着膨化助燃的作用，易着火、燃烧速度快、发烟少、碳化后形成的孔隙有利于通风。故燃烧后灰渣少、残留碳量低，固硫剂容易起作用。 2、生物质的燃烧特性，有利于改善煤矸石、碳质页岩、泥煤等低挥发的劣质煤的燃烧性能，使“坏煤变好煤”。当然使优质煤变得更好烧，相应地扩大煤种适应范围。 3、生物质型煤具有热效率高、灰分少、固硫率高等特点。而且生物质来源广泛，生产成本低，既能节省矿物能源，又能明显减少对大气的污染，具有综合的经济、环境、社会效益。 三、复合改性剂 这里指的复合改性剂是生产生物质固硫型煤的关键。它能显著改良煤矸石、泥煤和碳质页岩等劣质煤的燃烧性能，固硫的性能以及促使氮氧化合物脱氧变成无毒

无害的氮气。同时在固硫和脱氧过程中释放出大量的热能，因而显著提高型煤的燃烧热值。 这里指的改良具有两重意义，一是显著提高型煤的发热量。二是显著降低烟气中的SO2、NA X和CO的含量。生产改性剂的原料也必须是来源广泛，价格低廉，只有这样才能充分显现其优越性。 本复合改性剂生产原料是含有一定量的2—5价金属氧化物的矿石或尾矿石。这些金属氧化物按一定比例混合后，在一定的条件下会发生元素间的脱氧、重组、再氧化反应，因而释放出大量热能，进一步改善煤矸石和劣质煤的燃烧性能。 四、产品品种和组成 1、品种 （1）生物质矸石固硫型煤 （2）生物质劣质煤固硫型煤 （3）生物质优质煤固硫型煤 注：这里指的生物质如：稻、麦、玉米、棉花等主要植物秸秆，还有如木屑、稻壳、花生壳、葵花籽壳、酒精糟、糖渣、烟叶骨以及树皮、数枝条等各种农林废弃物。 2、组成 产品组成表

膨胀石墨综述

HUNAN UNIVERSITY 膨胀石墨制备 膨胀石墨制备 学生姓名：张成智 学生学号：B1513Z0359 学院名称：材料科学与工程学院 指导老师：陈刚 二〇一五年十一月

膨胀石墨制备工艺综述 摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。例如，旋转发动机顶点部分的滑动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。 关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用 膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢？能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢？可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质？可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称？还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么？这些都需要给一个明确的定义才行。天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。可膨胀石墨之所以能够膨胀是由于其层间的化合物受热分解产生大量的气体，这些气体受压产生很大的推力，而其碳层因受到该推力而向外膨胀，

可膨胀石墨国标

１主题内容与适用范围 本标准规定了可膨胀石墨产品的等级、牌号、技术要求、试验方法及检验规则。 本标准适用于可膨胀石墨的质量检验和验收。 ２引用标准 GB 3520 石墨粒度测定方法 ３术语 3.1 可膨胀石墨 经特殊处理后遇高温可瞬间膨胀成蠕虫状的天然晶质石墨。 3.2 膨胀容积 单位质量的可膨胀石墨在规定的温度下膨胀后的体积，mL/g。 4 产品牌号、等级 4.1 可膨胀石墨根据纯度和粒度划分成不同的牌号。纯度按灰分的大小分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个等级。 4.2 每个牌号根据灰分、水分、筛余量分为优等品、一级品、合格品三个等级。 4.3 牌号由代号、粒度、纯度等级组成。例：KP500-Ⅱ，KP为可膨胀的汉语拼音缩写，500 表示粒度为500μm，Ⅱ表示纯度等级为Ⅱ等。 5 技术要求 各牌号、等级的可膨胀石墨的技术指标应符合表１规定。 表１ ────┬────┬───────────┬───────────┬───────────┬────┬─── │膨胀容积│ 灰分│ 水分│ 筛余量│ │ 牌号│ mL/g │ ％│ ％│ ％│ 挥发分│pH值

│ ≥ ├───┬───┬───┼───┬───┬───┼───┬───┬───┤ ％│ │ │优等品│一级品│合格品│优等品│一级品│合格品│优等品│一级品│合格品│ │ ────┼────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼───KP500-Ⅰ│ 200 │││││││││││ ────┼────┤ │0.40￣│0.71￣│ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅰ│ 200 │〈0.40│ 0.70│ 1.00│ │ │ │ │ │ │ │ ────┼────┤ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅰ│ 150 │││││3.00￣│5.01￣│ │80.1￣│75.0￣│ │3.0￣ ────┼────┼───┼───┼───┤〈3.00│ 5.00│ 8.00│〉90.0│ 90.0│ 90.0│≤10.00 │ 5.0 KP500-Ⅱ│ 200 │││││││││││ ────┼────┤1.01￣│2.01￣│3.01￣│ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅱ│ 200 │ 2.00│ 3.00│ 5.00││││││││ ────┼────┤ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅱ│ 150 │││││││││││ ────┼────┼───┼───┼───┤ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅲ│ 150 │││││││││││ ────┼────┤5.01￣│6.01￣│7.01￣│ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅲ│ 150 │ 6.00│ 7.00│ 9.00││││││││ ────┼────┤ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅲ│ 100 │││││││││││ ────┼────┼───┼───┼───┤ │ │ │ │ │ │ │ KP500-Ⅳ│ 150 │││││││││││

石墨烯量子点制备与应用

石墨烯量子点的概述 石墨烯量子点的性质 GQDs是准零维结构的纳米材料，由于其自身半径小于波尔激发半径，原子内部的电子在三维方向上的运动均受到限制，所以量子局域效应十分显着，因此具有许多独特的物理和化学性质。其与传统的半导体量子点(QDs)相比，GQDs 具有如下独特的性质：不含高毒性的金属元素如镉、铅等，属环保型量子点材料；自身结构稳定，耐强酸和强碱，耐光漂白；厚度可达到单个原子层，横向尺寸可达到几个互相联接的苯环大小，却能够保持高度的化学稳定性；带隙宽度范围可调，原则上可通过量子局域效应和边缘效应在0～5 eV 范围内调节，从而将波长范围从近红外区扩展到可见光区及深紫外区，从而满足了各种技术对材料能隙和特征波长的要求；容易实现表面功能化，可稳定分散于常用的化学试剂，满足材料低成本加工处理的需求。GQDs拥有的发光特性主要是通过光致发光和电化学发光产生，其中荧光性能是GQDs最突出的性能，GQDs的荧光性质主要包括：激发荧光稳定性高且具有抗光漂白性；荧光发射波长可以进行可控调节，有些GQDs还具有上转换荧光性质；激发光谱宽且连续，可以进行一元激发、多元发射。目前关于GQDs的光致发光机理主要有两个：(1)官能团效应，即在GQDs表面进行化学修饰，使得GQDs表面产生能量势阱，表面物理化学状态发生显着变化，导致其荧光量子产率提高；(2)尺寸效应，即GQDs的荧光性能取决于粒径尺寸的大小。GQDs还是优良的电子给体和电子受体，因此GQDs在能量存储、光电转化和电磁学领域具有重要的研究意义，同时在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。 石墨烯量子点的制备 GQDs的合成方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上法，如图1-1所示。自上而下法是通过简单的物理化学作用，进行热解和机械剥离块状石墨，得到尺寸较小的GQDs，是最常用的制备方法，比如改进的Hummers法，其使用的原料廉价，但是反应条件比较苛刻，制备周期比较长，通常需要经过强酸、强氧

燃煤固硫中钙基固硫添加剂的研究进展

第2期 陈列绒等燃煤固硫中钙基固硫添加剂的研究进展 9 万方数据 纖验癖_ 燃煤固硫中钙基固硫添加剂的研究进展 陈列绒\殷屈娟S 王济洲2 (1.西安科技学院，陕西西安710054;2.黄陵矿业有限责任公司，陕西黄陵727307) 摘要：综述了燃煤固硫中各种钙基固硫添加剂的研究现状，提出了固硫添加剂的固硫机理。并认为复合固硫添加剂特别是高温复合固硫添加剂的研制是固硫技术的发展趋势。 关键词:煤炭；固硫剂；囷硫添加剂 中图分类号:TQ 520.1 文献标识码:A 文章编号:1671-749X (2003)02-0009-03 0前言 在我国，煤炭燃烧占其总产量的80%，大气污染中 90%的 S 〇z 是由燃煤产生的。大气中的S 〇2 可形巧酸雨， 破坏人类赖以生存环境，所以煤炭固硫技术k 到人们的重视。固硫技术的关键是固硫剂及其添加剂的选择及优化。目前使用最多、价廉易得的仍是CaC 〇3、CaO 和Ca (〇H )2,俗称钙基固硫剂，但其缺点是固硫剂利用率低，固硫反应速率与硫析出速率不一致，以及高温下已形成的固硫产物易于分解。添加剂的加入可改善这些缺点。因此研究固硫添加剂对固硫效果的影响显得尤为重要。本文综述了煤炭燃烧固硫中钙基固硫添加剂的研究现状。 1各种钙基固硫添加剂对固硫效果的影响 煤中硫的存在形态通常分为有机硫和无机硫两大类，无机硫又可分为硫酸盐硫和硫化物硫两种。煤中硫主要以黄铁矿硫为主，其他硫化物硫含量都比较低。凡能与煤在燃烧过程中生成的S 〇2或S 〇3 起化学或物理吸附反应，形成固态残渣而留在煤灰中的物质均可作为固硫剂。固硫剂的种类很多，如：石灰石、白云石、方解石、氧化钙、氧化镁等,但目前大多采用钙基固硫剂。为了提髙固硫率，人们往往在钙基固硫剂中加入固硫添加剂。钙基固硫添加剂主要有氧化物添加剂、碳酸盐类添加剂、氯化物添加剂、以及其它添加剂。收稿日期：2002 - 10 _ 15 作者简介:_陈列绒(9168-),女，陕西乾县人，1992年毕业于西安矿业 学院,工程师，在读研究生，研究方向为洁净煤技术。 1.1氧化物添加剂对固硫效果的影响 氧化物添加剂主要有FezCVSiQ^AlzCVMgO 和BaO 等。以Ca (OH )2为固硫剂，添加主要含F ^Qj 的化合物作为固硫添加剂进行煤燃烧固硫实验⑴，实验表明:加人添加剂后固硫率在1 150C 从25.32%提高到 45.99%。经研究FezOs 对型煤固硫作用的机理[2] ，表明FezQj 的加人对固硫有较大的促进作用，主要促进CaO + S 〇2—CaSCb 反应过程。当FezCb 的质量含量为4%〇时，硫酸钙的分解率最低，这说明FezQj 对硫酸钙的分解起着抑制作用[3] 。 在煤中适当加人Fe -Si 化合物添加剂后，在1 200亡以上高温燃烧时，型煤固硫率仍可达93%[3] 。这是因为固硫产物不仅有CaS 04和CaS ，而且有一种热稳定化合物CaFe 3(Si 04)20H 覆盖或包裹Ca - SQ 晶体，从而延缓并阻止CaS 〇4分解，提髙了固硫率。研究表明 [4] :适当比例的SidFeA 和CaO 混合，所制得的添加剂 （Si 〇2: Fe2〇3: CaO = 2:1:1)，对硫酸钙高温分解率有明显的抑制作用，使1 2501C CaS 04晶体20 min 的分解率从80%降至30%左右。 研究表明[5] :Fe 、Si 、Al 等元素组成的化合物作为添加剂，使固硫率在1 150t ：达73. 80%,在 1 2001C 达65. 5%，这种化合物体积远大于硫酸钙体积，氧化钙同其复合后形成多孔脱硫剂，特点是孔容积小而数量多，可大大提高氧化钙有效表面积，增大氧化钙同二氧化硫接触面，提髙氧化钙有效利用率。 研究表明[4]:三氧化二铝添加剂能使硫酸钙在 1 250X ：,20 min 的分解率从80%以上降至40%。Si -A 1复合氧化物添加剂也能使硫酸钙在1 250X ：的分解率从80%以上降至40%。这是因为Si -A 1 化合物作添加剂的固硫灰渣中有3Ca 03Al 2CVCa - S 04新物相生成，这种新物相比硫酸钙更稳定。 研究表明[4]MgO 、Ba 〇添加剂可减少CaS 04晶体分解，能将1 250t ：,20 minCaS 04分解率从80% 以上降至30%左右，这其中有MgCKBaO 本身的固硫作用，

综述石墨烯的制备与应用

半导体物理课程作业 石墨烯的制备与应用（材料）

目录 一、石墨烯概述 (2) 二、石磨烯的制备 (3) 1、机械剥离法 (3) 2、外延生长法 (5) 3、化学气相沉积法 (6) 4、氧化石墨-还原法 (6) 5、电弧法 (9) 6、电化学还原法 (9) 7、有机合成法 (10) 三、石墨烯的应用 (11) 1、石墨烯在电子器件领域的应用 (11) 1.1 石墨烯场效应晶体管 (11) 1.2 石墨烯基计算机芯片 (12) 1.3 石墨烯信息存储器件 (13) 2、石墨烯在能源领域的应用 (14) 2.1 石墨烯超级电容器 (14) 2.2 锂离子电池 (15) 2.3 太阳能电池 (16) 2.4 储氢/甲烷器件 (17) 3、石墨烯在材料领域的应用 (18) 3.1 特氟龙材料替代物 (18) 3.2 石墨烯聚合物复合材料 (18) 3.3 光电功能材料 (19) 4、石墨烯在生物医药领域的应用 (20) 4.1 基于氧化石墨烯的纳米载药体系 (20) 4.2 氧化石墨烯对DNA/基因/蛋白的选择性检测 (21) 4.3用于生物成像技术 (23) 4.4 石墨烯在肿瘤治疗方面的应用 (23) 四、总结及展望 (24) 参考文献 (25)

一、石墨烯概述 碳广泛存在于自然界中，是构成生命有机体的基本元素之一。碳基材料是材料界中一类非常具有魅力的物质，从无定形的碳黑到晶体结构的天然层状石墨；从零维纳米结构富勒烯到一维碳纳米管无不给人们带来炫丽多彩的科学新思路。而二维碳基材料石墨烯的发现，不仅极大地丰富了碳材料的家族，而且其所具有的特殊纳米结构和性能，使得石墨烯无论是在理论还是实验研究方面都已展示出了重大的科学意义和应用价值，从而为碳基材料的研究提供新的目标和方向。 碳的晶体结构—石墨和金刚石(三维)是自然界中最早为人们熟知的两种碳同素异构体，因化学成键方式不同而具有截然相反的特性。1985年，一种被称为“巴基 (零维)被首次发现，三位发现者于11年后, 即1996年获诺贝尔球”的足球形分子C 60 化学奖。1991年，由石墨层片卷曲而成的一维管状结构: 碳纳米管被发现，发现者饭岛澄男(Sumio Iijima)于2008年获卡弗里纳米科学奖。石墨烯(Graphene)是只有一个原子层厚的单层石墨片，是石墨的极限形式。作为碳的二维晶体结构, 石墨烯的出现最终为人类勾勒出一幅点、线、面、体(从零维到三维)相结合的完美画面(图1)。 图1 碳的晶体结构 石墨烯作为一种独特的二维晶体，有着非常优异的性能：具有超大的比表面积，理论值为2630m2/g；机械性能优异，杨氏模量达1.0TPa；热导率为5300W·m-1·K-1，是铜热导率的10多倍；几乎完全透明，对光只有2.3%的吸收；在电和磁性能方面具有很多奇特的性质，如室温量子霍尔效应、双极性电场效应、铁磁性、超导性及高

膨胀石墨

膨胀石墨（expanded graphite） 膨胀石墨是由天然鳞片石墨制得的一种疏松多孔的蠕虫状物质，因此又叫石墨蠕虫。天然鳞片石墨是具有层状结构的晶体，每一层的碳原子以强有力的共价键组合成网状平面大分子，而层与层之间以很弱的范德华力结合，在强氧化剂的作用下，网状平面大分子变成有正电荷的平面大分子，致使具有极性的硫酸分子和硫酸氢根等负离子插入石墨层中形成可膨胀石墨，又叫石墨层间化合物（graphite intercalation compound，GIC）。由于在膨化过程中形成了独特的网络孔系，比表面积较大，并且所产生新鲜表面的活性较高，所以具有很好的吸附性能等特殊性能，应用范围十分广泛。 其制备方法通常有化学氧化法（浓硫酸法，混酸法，二次氧化），电化学氧化法，气相扩散法，爆炸法等。 膨胀石墨的微孔结构 一、性能 柔软、轻质、多孔、吸附性能好。由于膨胀石墨空隙发达而且多以大孔为主，所以易吸附大分子物质，尤其是非极性大分子，耐氧化，耐腐蚀，除少数的强氧化剂外，几乎能抗所有的化学介质的腐蚀。耐辐射，并且具有导电导热性、自润滑性好，不渗透，耐高底温，回弹性优良等性质。 二、应用 （1）环保领域 膨胀石墨有疏水性和亲油性，可以在水中有选择性的除去非水性的溶液，如从海上、河流、湖泊中除去油污。膨胀石墨在吸油时能形成一定的缠绕空间，可储存远大于其总孔容的油类物质。吸附大量油后可集结成块，浮于液面，便于收集，并可再生处理，循环使用。而且膨胀石墨基本由纯炭组成，不会再水中造成二次污染。此外, 膨胀石墨还可用于工业废水乳状液除油以及除去可溶于油的物质, 如农药等, 并对许多其他有机或无机有害成分有良好的吸附效果。 除了可在液相中进行选择性吸附，膨胀石墨对工业废气及汽车尾气所产生的大气污染主要成分如SOx，NOx也有一定的脱除效果。

膨胀石墨的制备方案

石墨是碳的结晶矿，是碳的一种同素异形体，石墨比较柔软，有金属光泽，有滑腻感，由于石墨还有层状结构，因此石墨有很好的润滑做用，再加上石墨的熔点很高，可以做为高温润滑剂。他又可以分为块状石墨和鳞片状。 膨胀石墨是由石墨在某种化学变化下，将层状结构破坏得到的，同时他在晶格沿C轴方向急剧膨胀形成具有良好柔韧性，抗高温，又回弹力的物质。膨胀石墨有非常广泛的应用，在冶金，机械，航空方面均有应用 下面就介绍膨胀石墨的制备原理及工艺。 由于石墨的层状结构，因此需要外力破坏石墨的层状结构，我们一般采用在层中插入可以在告温下可以分解的物质做为插入剂（我们老师给我们提供的是硫酸）当插入剂插到石墨的层状结构候，我们清洗，烘干，这样就得到了可膨胀的石墨。 我们还要测定可膨胀石墨的膨胀系数，当膨胀系数满足时，我们的制备就基本完成，它的膨胀系数一般在十到十四，膨胀系数这样计算。膨胀后的体积与微膨胀的体积之差在于微膨胀体体的比就是膨胀系数。 制备步骤：首先从石墨的样品中提纯得到比较纯净的鳞片石墨（含碳量在98%以上），石墨中的杂质一般有三种石英，三氧化二铝，三氧化二铁等，我们需要先用过量盐酸清洗石墨，然后再用氢氧化钠熔融处理石墨，最后清洗，烘干，这样就得到较纯净的石墨鳞片。 当我们得到了比较纯净的鳞片石墨。 我们用过硫酸氨做为氧化剂，氧化石墨的层状边缘，值得注意的是，由于过硫酸氨在酸性条件下才能发挥效果，因此我们需要用硫酸酸化，同时我们需要加热，以加快反应速率。也让硫酸做为插入剂，插入石墨的层状结构中。在氧化层状边缘过程中会有气体产生，当不再有气体产生时，我们就停止加热，这时我们将所得到的混合液用漏斗过滤，并将石墨用清水洗涤多次，直到洗涤液的算性不再很强时，然后用抽气干燥法，将滤纸上的石墨干燥。我们取出适量的干燥后的石墨做为测试品，量出体积，然后放在炉子中迅速加热至九百八十到一千零五十度，过四分钟，测量膨胀后的石墨的体积，这样就测量出膨胀石墨的膨胀系数。 1.取适量鳞片石墨，加入过硫酸铵晶体，在加入硫酸酸化。并用石棉网垫着，放 在定炉子上加热。 2.当混合液体不再产生气泡时，将混合液体用漏斗过滤，并用真空泵干燥。并多 次用请随洗涤，洗涤液的的酸性不在强烈，也就是ph大约在4左右不再用水 洗涤，继续用真空泵抽水，当不再有液体流下时，停止抽气。 3.将所得到的石墨放到量筒中测量其体积，并取体积已知的适量可膨胀石墨放入 炉内迅速加热至900—1000度瞬间膨胀。当冷却后，测量器膨胀系数。 实验内容基本就这些了，希望能给要用的人有所帮助。

石墨烯的制备与应用--课程论文

石墨烯的制备与应用前景 石墨烯是由碳原子以sp2链接的单元子层构成，其基本结构为有机材料中最稳定的苯六元环。它是目前发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元，它可以翘曲成为零维的富勒烯,卷曲成为一维的CNTs或者堆垛成为三维的石墨。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，厚度相当于普通食品塑料袋的石墨烯能够承担大约两吨重的物品。石墨烯最大的特点是石墨 烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”的性质和相对论性的中微子非常相似。此外石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。而这也是石墨烯中载荷子相对论性 的体现。 石墨烯的合成方法 1.微机械剥离法 这是最早制备出石墨烯的方法。2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热 解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的 晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片 来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供 应用的石墨薄片样本。 2.外延生长法 一般是通过加热6H—SiC单晶表面，脱附Si(0001面)原子制备出石墨烯．先将6H- SiC单晶表面进行氧化或H 刻蚀预处理在超高真空下加热去除表面氧化物，通过俄歇电子能谱确认氧化物完全去除后，继续恒温加热10-20分钟，所得的石墨烯片层厚度主要由这一步骤的温度所决定，这种方法能够制备出l-2碳原子层厚的石墨烯，但由于SiC晶体表面结构较为复杂，难以获得大面积、厚度均一的石烯。与机械剥离法得到的石墨烯相比，外延生长法制备的石墨烯表现出较高的载流子迁移率等特性，但观测不到量子霍尔效应。 3.碳纳米管轴向切割法 前文已经提到过，碳纳米管从结构上可以看作是由单层的石墨烯纳米带卷曲

膨胀石墨

膨胀石墨的性质以及应用 摘要：石墨是一种天然固体润滑剂，资源丰富，价格便宜，用途广泛。石墨具有层状结构，碱金属、卤素金属卤化物、强氧化性含氧酸都可嵌入层间，形成层间化合物。膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料，经化学或电化处理而得到的一种石墨层间化合物产品，被誉为世界“密封之王”。本文主要对石墨的优良特性及膨胀石墨的应用作了系统概述。 关键字：膨胀石墨；用途；发展； 前言 膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300 倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。膨胀石墨是生产柔性石墨板材、各种密封件的优质材料。其耐温范围宽，在-200~3600之间，在温、高压或辐射条件下工作，不发生分解、变形或老化，化学性质稳定，被广泛应用于机械、石油、化工、冶金、航海、航空航天、交通等工业领域。 1、膨胀石墨性质 膨胀石墨材料又称柔性石墨材料,是一种利用物理或化学的方法使非碳 质反应物插入石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。它不仅保持石墨耐高温、耐腐蚀、能承受中子流、x 射线、γ射线的长期辐照，磨擦系数低，自润滑性好，导电导热、并呈各向异性等优异的理化性质，而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能，克服了天然石墨脆性及抗冲击很差的缺点。插有层间化合物的石墨在遇到高温时，层间化合物将分解，产生一种沿石墨层间C轴方向的推力，这个推力远大于石墨粒子的层间结合力，在这个推力的作用下石墨层间被推开，从而使石墨粒子沿C轴方向高倍地膨胀，形成蠕虫状的膨胀石墨。石墨层与层之间可“嵌”入化学物质而具有可膨胀性。如可采用硫酸处理石墨，干燥后石墨在高温下膨胀，这是由于硫酸分子“嵌”入石墨层所致。膨胀石墨薄片的膨胀特性不同于其他膨胀剂，受热达到一定温度时，由于吸留在层间点阵中化合物分解，膨胀石墨便开始膨胀，称为起始膨胀温度，在1000℃时膨胀完全，达到最大体积。膨胀体积可以达到初

实验一 可膨胀石墨的制备实验

实验一膨胀石墨制备 （6学时） 一、实验目的 1、熟悉膨胀石墨层间化合物的制备原理，掌握一种可膨胀石墨的制备方法； 2、比较高温膨胀法和微波膨胀法的膨胀效果。 二、实验原理 膨胀石墨具有极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性；极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性；极强的抗震特性；极强的电导率；极强的抗老化、抗扭曲的特性；可以抵制各种金属的熔化及渗透、无毒、不含任何致癌物，对环境没有危害。由天然磷片石墨制备的膨胀石墨材料，既保留了天然鳞片石墨耐高温，耐腐蚀、能承受中子流、β射线、γ射线和长期辐射等特性，更有天然石墨本身没有的可弯曲、可压缩、有弹性、不渗透等特性，使其大量地运用于吸附材料、密封材料、电池电极等。膨胀石墨运用于密封材料的技术目前较为成熟，而运用于吸附材料在近年来逐渐成为热点。 石墨晶体是两向大分子层状结构，每一平面内的C原子都以C-C共价键相结合，层与层之间以较弱的范德华力相结合。石墨的层状结构十分典型，每一层片是一个碳原子层，层内碳原子之间以sp2杂化轨道成很强的共价键，即1个2s电子和2个2p电子杂化等价的杂化轨道，位于同一平面上，互相形成σ键，而二个未参加杂化的2p电子则垂直于平面，形成π键。石墨的这种层状结构使得层间存在一定的空隙。因此在一定条件下，某些反应物(如酸、碱、卤素)的原子(或单个分子)即可进入层间空隙，并与碳网平面形成层间化合物。这种插有层间化合物的石墨即为可膨胀石墨。膨胀石墨是由天然鳞片石墨制备的可膨胀石墨高温膨胀后得到的一种疏松多孔的蠕虫状多功能多用途的新型材料。 可膨胀石墨由天然鳞片石墨经氧化、插层、水洗、干燥得到。其在高温下受热迅速膨胀, 膨胀倍数高达数十倍到数百倍甚至上千倍以形成膨胀石墨或石墨蠕虫，由原鳞片状变成密度很低的蠕虫状，形成了一个非常好的绝热层。膨胀石墨既是膨胀体系中的碳源，又是绝热层，能有效隔热，在火灾中具有热释放率低，质量损失小，产生的烟气少的特点。 目前制备膨胀石墨的主要方法有化学氧化法，电化学法，气象扩散法，爆炸法。其中化学氧化法使用的最为广泛，以天然鳞片石墨和浓硫酸为原料，氯气、重铬酸盐、双氧水、硝酸、三氧化铬等为氧化剂，浓硫酸作为主要插层剂进行插层。所制得的石墨层间化合物在高温膨胀炉中或微波炉中进行膨胀。在高温炉中膨胀是由于石墨层间化合物遇热立即分解产生的气体瞬时挥发的推力，足于克服范德华力将石墨层面沿C轴方向推开，使石墨片厚度高倍膨胀，从而形成膨胀石墨；在微波炉中膨胀是由于可膨胀石墨具有导电性，在微波作用下可膨胀石墨内部产生的巨大涡电流，具有剧烈的加热效应，使可膨胀石墨层间的插入物急剧分解和挥发剧烈膨胀，从而形成膨胀石墨。这种高倍

石墨烯的合成与应用

石墨烯的合成与应用 贾雨龙1345761115 材料成型及控制工程摘要：论述了石墨烯非凡的物理及电学性质，包括电子输运-零质量的狄拉克-费米子行为，量子霍耳效应，最小量子电导率，量子干涉效应的强烈抑制等；石墨烯的机械和化学制备方法和石墨烯在纳电子器件方面、计算机芯片取代硅、制造最快的碳晶体管、减少噪声方面和潜在的储氢材料领域等方面的应用。 关键词：石墨烯；量子霍耳效应；量子电导率 Synthesis and applications of graphene Jia yun-long Jiangsu University of Science and Technology Abstract:This paper summarized the extraordinarily physical and electrical properties of graphene,including electron transport-Massless Dirac Fermion behavior,Anomalous quantum Hall effect(chiral,RT),Minimum quantum conductivity,Suppression of quantum interference effect,and etc.The mechanical and chemical synthesis methods for graphene and the applications of graphene in nanoelectronic devices,computers chip replace of silicon,manufacturing the fastest transistor,reducing yawp and potential hydrogen storage,etc were also introduced. Key words:Graphene;anomalous quantum Hall effect;Minimum conductivity 引言 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料[1]，这种石墨晶体薄膜的厚度只有仅有0.0035nm,仅为头发的20万分之一，是构建其他维数炭质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性及电学性。完美的石墨烯是二维的，只包括六角元胞；如果有五角元胞和七角元胞存在，会构成石墨烯的缺陷；少量的五角元胞存在会使石墨烯翘曲入形状；12 个五角元胞会形成富勒烯（fullerene） 石墨烯的理论研究已有60多年的历史，被广泛用来描述不同结构炭质材料的性能。20世纪80年代，科学家们开始认识到石墨烯可以作为（2+1）维量子电动力学的理想理论模型。但一直以来人们普遍认为这种严格的二维晶体结构由于热力学不稳定性而难以独立稳定的存在。然而真正能够独立存在的二维石墨烯晶体在2004年由英国曼彻斯特大学的Novoselov等[2]利用胶带剥离高定向石墨的方法获得，并发现石墨烯载流子的相对论粒子特性[3,4]，从而引发石墨烯研究热。石墨烯在过去的短短3年内已经充分展现出在理论研究和实际应用方面的无穷魅力，迅速成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿[5]。研究发现，再不需要任何传统化学稳定剂的情况下，石墨烯可以在水中稳定地分解分层，有望应用于可减少静电现象的涂层的研制。 1石墨烯的性质 1.1电子运输-零质量的狄拉克-费米行为（Massless Dirac Fermion behavior） 石墨烯是零带隙半导体，独特的载流子特性是其备受关注的原因之一。在凝聚态物理领域，材料的电学性能常用薛定谔方程描述，而石墨烯的电子与蜂窝状晶体周期势的相互作用产生了一种准粒子，A.Qaiumzadeh[6]根据GW近似值计算了石墨烯在无序状态下在兰道费米子液体内的准粒子特性，即零质量的狄拉克-费米子(massless Dirac Fermions)，具有类似于光子的特性，在低能区域适合于采用含有有效光速的（2+1）维狄拉克方程来精确表述。因此，石墨烯的出现为相对论量子力学现象的研究提供了一种重要的手段。

膨胀石墨和碳黑综述

碳系电磁屏蔽材料 ——膨胀石墨和碳黑的发展及其应用在当今这样一个科技文明飞速发展的时代，各式各样的电子设备层出不穷，给人们的生活带来极大的便利和快乐，但是，与此同时，随着电子产品的普及，其隐藏的危害也日益凸显，而电磁污染便是其中的典型代表。 电磁污染是指天然和人为的各种电磁波的干扰及有害的电磁辐射，其造成的危害是不容低估的。在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着“电子烟雾”的作用，直接或间接地危害人体健康。据美国权威的华盛顿技术评定处报告，家用电器和各种接线产生的电磁波对人体组织细胞有害。例如长时间使用电热毯睡觉的女性，可使月经周期发生明显改变；孕妇若频繁使用电炉，可增加出生后小儿癌症的发病率。近10年来，关于电磁波对人体损害的报告接连不断。据美国科罗拉多州大学研究人员调查，电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其它地区的两倍以上。瑞典学者托梅尼奥在研究中发现，生活在电磁污染严重地区的儿童，患神经系统肿瘤的人数大量增加。 为了减少这一危害，各国的学者致力于研究各种电磁屏蔽材料来完成这一工作。 木质电磁屏蔽材料则是当今这一领域研究的热点之一，我们将探究如何利用碳系材料与木材结合到达预定的电磁屏蔽效果，目前碳系电磁屏蔽材料的研究集中于石墨，碳黑和碳纤维这三大类，我们拟定将膨胀石墨和碳黑作为我们可能将要选用的材料。 1、膨胀石墨 石墨是碳的一种同素异形体，每个碳原子周边链接另外三个碳元素。构成蜂窝状的六边形，以共价键结合的共价分子。由于每个碳原子都会产生一个自由移动的电子，因此石墨属于导电体，其导电性强于普通碳元素。对电磁波具有一定吸收作用。因此将其作为电磁屏蔽材料有一定的可行性。而膨胀石墨是一种较为新型的碳素材料，在19世纪60年代初，由Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热首次制得。其原理是在一定条件下使酸、碱、卤素的原子或单个分子进入石墨的层间空隙，从而形成具有插层化合物的石墨，即所谓膨胀石墨。膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。由于石墨层间为较弱的范德华力，膨胀过程中使得层间CC键被拉长；而同层CC键由较强的共价键连接，所以不被破坏，这保证了平面内的导电稳定性。呈层状结构的膨胀石墨，相比普通石墨具有更好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。 膨胀石墨的制备方法目前有很多，除了传统的王水、马弗炉制备膨胀石墨外，近年来也有许多学者提出了新的制备方法，例如2005年Yang S Y等研制了简易膨胀石墨制备方法。将鳞片石墨通过化学方法处理后，烘干，再放在微波炉中以900W加热3min，即可膨胀250倍。如使用传统的王水制备的膨胀石墨一般含S量很高，容易腐蚀复合材料中的金属，因此，制备无硫膨胀石墨成为一个焦点，2009年万为敏等按石墨（g），硝酸（ml），高锰酸钾（g），磷酸（ml）的用量比为1∶2.5∶0.2∶7.5，反应温度为 45℃，反应时间为 80min，膨化时间为 15s，制备了不含S的膨胀石墨。而在2014年邵景景等人以同样的原料为插层剂,髙锰酸钾为氧化剂，在反应温度75℃,反应时间30min,石墨(g) : KMn04(g) : HN03(mL) : H3P04(mL)= 10 : 1.0 : 22 : 32 条件下,也制备出膨胀体积达150mL/g的无硫膨胀石墨。同样是2014年，秦浪等人用平均粒径在 20~30μm的天然鳞片石墨为原料，浓硝酸为插层剂，高锰酸钾、五氧化二磷为氧化剂，在石墨、高锰酸钾与五氧化二磷质量比 20∶7∶25，硝酸质量分数 68%，反应时间 80 min，反应温度 25 ℃的条件下，采用混合酸浸渍法氧化

再剥离膨胀石墨制备石墨烯

An approach to produce single and double layer graphene from re-exfoliation of expanded graphite S.R.Dhakate a ,*,N.Chauhan a ,S.Sharma a ,J.Tawale b ,S.Singh b ,P.D.Sahare c ,R.B.Mathur a a Physics and Engineering of Carbon,Division of Materials Physics and Engineering,National Physical Laboratory,Council of Scienti?c and Industrial Research,Dr.K.S.Krishnan Marg,New Delhi 110012,India b Division of Material Characterization,National Physical Laboratory,Council of Scienti?c and Industrial Research,Dr.K.S.Krishnan Marg,New Delhi 110012,India c Department of Physics and Astrophysics,Delhi University,Delhi 110017,India A R T I C L E I N F O Article history: Received 19November 2010Accepted 31December 2010Available online 14January 2011 A B S T R A C T We report the production of high quality single and double layer graphene from sonication and centrifugation of re-exfoliated expanded graphite (EG)in an organic solvent.The pre-pared graphene-sheets are identi?ed by Ultraviolet–visible spectroscopy and characterized using different techniques.Transmission and scanning electron microscopy observations show that the graphene-sheets have an area of $(12·10)l m 2.The selected area electron diffraction analysis and Raman spectroscopy have con?rmed the presence of single layer graphene-sheet.The I(2D)/I(G)ratio from the Raman spectrum of graphene is found to be $1.7which suggests the presence of single and double layer graphene.Scanning probe microscopy studies reveals that on re-exfoliation of EG,thickness of graphene layer decreases from 6–7nm to 0.75–1.075nm.This suggests that re-exfoliation overcomes the problem of insuf?cient oxidation or inadequate pressure that builds-up during ?rst thermal exfoliation of graphite intercalated compound.The photoluminescence spectrum of graph-ene shows the emission of blue light at $390nm which indicates the presence of some functional groups.These graphene-sheets should facilitate the manipulation and process-ing of graphene based material for various applications. ó2011Elsevier Ltd.All rights reserved. 1.Introduction Graphene,as the fundamental two-dimensional (2D)carbon structure with exceptionally high crystal and electronic qual-ity,has emerged as a rapidly rising star in the ?eld of material science.It is the thinnest known and the strongest ever mea-sured material in the universe [1].Graphene,as de?ned,is a 2D crystal,composed of monolayers of carbon atoms ar-ranged in a honeycombed network with six-membered rings [2]which is the interest of both theoretical and experimental researchers worldwide.The name comes from graphite and alkene;graphite itself consists of many graphene-sheets stacked together by weak van der Waals forces.This attrib-uted to the monolayer of carbon atoms densely packed into honeycomb structure [3–5].T wo features of graphene make it an exceptional material.First,despite the relatively crude ways it is still being made,graphene exhibits remarkably high quality resulting from a combination of the purity of its carbon content and orderliness of the lattice into which its carbon atoms are arranged.The quality of its crystal lattice is also responsible for remarkably high electrical conductivity of graphene.Its electrons can travel without being scattered 0008-6223/$-see front matter ó2011Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/j.carbon.2010.12.068 *Corresponding author:Fax:+911145609310. E-mail address:dhakate@mail.nplindia.ernet.in (S.R.Dhakate).