畢業(yè)論文馬小英

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1、石墨烯在超級(jí)電容器電極材料中的應(yīng)用馬小英胡中愛(ài)摘要石墨烯具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等性能，自從2004年被成功制備出來(lái)，一直是全世界范圍內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于石墨烯具有巨大的表面體積比和獨(dú)特的高導(dǎo)電性等特性，石墨烯及其復(fù)合材料在電化學(xué)領(lǐng)域中有著誘人的應(yīng)用前景，因此，石墨烯材料的制備及其在電化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的研究是石墨烯材料研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。綜述了石墨烯，石墨烯的制備，超級(jí)電容器電極材料，超級(jí)電容器的原理及結(jié)構(gòu)及其在超級(jí)電容器域中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，展望了石墨烯材料的制備及其在電化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展前景。關(guān)鍵詞　石墨烯制備

2、方法原理及結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用發(fā)展前景　引言2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的kostya　novoselov等[1]制備出了石墨烯。他們強(qiáng)行將石墨分離成較小的碎片，并從碎中剝離出較薄的石墨薄片，然后用一種特殊的塑料膠帶粘住薄片的兩側(cè)，撕開(kāi)膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過(guò)程，就可以得到越來(lái)越薄的石墨薄片，其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成——石墨烯。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，理論和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家們都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無(wú)法在非絕對(duì)零度下穩(wěn)定存在，但是單層二維結(jié)構(gòu)石墨烯卻能在實(shí)驗(yàn)中被制備出來(lái),，這一實(shí)驗(yàn)成就立即在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域引

3、起了震撼［1-5］。正是因?yàn)橹频昧耸?，他們獲得了2008年諾貝爾物理獎(jiǎng)的提名。自從石墨烯被成功制備出來(lái)以后，石墨烯在全世界范圍內(nèi)掀起了一股新的研究熱潮，各種極具魅力的奇特性質(zhì)相繼被發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)其很有可能會(huì)在很多領(lǐng)域引起革命性的變化，石墨烯具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等性能，石墨烯材料將在各種微電子領(lǐng)域包括電極材料、能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存領(lǐng)域、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料.高靈敏度傳感器等領(lǐng)域中發(fā)揮巨大的作用。石墨烯是研究領(lǐng)域的“金礦”，研究人員正在“開(kāi)采”并陸續(xù)得到了新的研究成果。文獻(xiàn)綜述了石墨烯及石墨烯材料的制備及其在超級(jí)電容器電極

4、材料中的應(yīng)用研究并展望了其未來(lái)發(fā)展前景。石墨烯在超級(jí)電容器電極材料中的應(yīng)用1石墨烯圖1石墨烯作為基本單元構(gòu)筑其他石墨化碳材料的示意圖石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料[1]。石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在[1]，直至2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，而實(shí)驗(yàn)證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)[2]

5、。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料[3]，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"[4]；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體更高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料[1]。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽(yáng)能電池。石墨烯另一個(gè)特性，是能夠在常溫下

6、觀察到量子霍爾效應(yīng)。石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycombcrystallattice)排列構(gòu)成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價(jià)鍵所形成的原子尺寸網(wǎng)。石墨烯的命名來(lái)自英文的graphite(石墨)+-ene(烯類結(jié)尾)。石墨烯被認(rèn)為是平面多環(huán)芳香烴原子晶體。石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵（carbon-carbonbond）僅為1.42Å石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會(huì)彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，從

7、而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。石墨烯是構(gòu)成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形);如果有五邊形和七邊形存在，則會(huì)構(gòu)成石墨烯的缺陷。12個(gè)五角形石墨烯會(huì)共同形成富勒烯。石墨烯卷成圓桶形可以用為碳納米管；另外石墨烯還被做成彈道晶體管（ballistictransisto

8、r）并且吸引了大批科學(xué)家的興趣。在2006年3月，佐治亞理工學(xué)院研究員宣布,他們成功地制造了石墨烯平面場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并觀測(cè)到了量子干涉效應(yīng)，并基于此結(jié)果，研究出以石墨烯為基材的電路.石墨烯的問(wèn)世引起了全世界的研究熱潮。它是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅(jiān)硬，