石墨烯的發(fā)展概況

《石墨烯的發(fā)展概況》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、2015年秋季學(xué)期研究生課程考核（讀書報告、研究報告）考核科S:復(fù)合材料專題報告學(xué)生所在慌（系）:航天學(xué)院學(xué)生所在學(xué)科:工程力學(xué)學(xué)生姓名:劉猛雄學(xué)號:15S018001學(xué)生類另IJ:學(xué)術(shù)型考核結(jié)果閱卷人1石墨烯的制備31.1試劑31.2儀器設(shè)備31.3樣品制備42石墨烯表征42.1石墨烯表征手段42.2石墨烯熱學(xué)性能及表征62.2.1石墨烯導(dǎo)熱機(jī)制62.2.2石墨烯熱導(dǎo)率的理論預(yù)測與數(shù)值模擬62.2.3石墨烯導(dǎo)熱性能的實(shí)驗(yàn)測定73石墨烯力學(xué)性能研究93.1石墨烯的不平整性和穩(wěn)定性103.2石墨烯的楊

2、氏模量、強(qiáng)度等基本力學(xué)性能參數(shù)的預(yù)測1133石墨烯力學(xué)性能的溫度相關(guān)性和應(yīng)變率相關(guān)性123.4原子尺度缺陷和摻雜等對石墨烯力學(xué)性能的影響13石墨烯的材料與力學(xué)性能分析石墨烯以其優(yōu)異的性能和獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)成為材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，石墨烯是一種rh單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料。2004年Geim等用微機(jī)械剝離的方法成功地將石墨層片剝離，觀察到單層石墨層片，這種單獨(dú)存在的二維有序碳被科學(xué)家們稱為石墨烯。2004年英國科學(xué)家首次制備出了由碳原子以sp2雜化連接的單原子層構(gòu)成的新型二維原子品

3、體一石墨烯，其厚度只有0.3354nm,是目前世界上發(fā)現(xiàn)最薄的材料。石墨烯具有特殊的單原子層結(jié)構(gòu)和新奇的物理性質(zhì):強(qiáng)度達(dá)130GPa、熱導(dǎo)率約5000J/（m?K?s）、禁帶寬度乎為零、載流子遷移率達(dá)到2X105cm2/（V-s）＞高透明度（約97.7%）、比表面積理論計算值為2630m2/g,石墨烯的楊氏模量（HOOGPa）和斷裂強(qiáng)度（125GPa）與碳納米管相當(dāng)，它還具有分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、量子霍爾鐵磁性和零載流子濃度極限下的最小量子電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)。在過去幾年中，石墨烯已經(jīng)成為了材料科學(xué)領(lǐng)域的

4、一個研究熱點(diǎn)。為了更好地利用石墨烯的這些特性,研究者采用了多種方法制備石墨烯。隨著低成本可化學(xué)修飾石墨烯的出現(xiàn)，人們可以更好地利用其特性制備出不同功能的石墨烯復(fù)合材料。1石墨烯的制備石墨烯的制備從最早的機(jī)械剝離法開始逐漸發(fā)展岀多種制備方法，如:晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法、液相直接剝離法以及高溫脫氧和化學(xué)還原法等。我國科研工作者較早開展了石墨烯制備的研究工作。化學(xué)氣相沉積法是一種制備大面積石墨烯的常用方法。目前大多使用繪類氣體（如CH4、C2H2、C2H4等）作為前驅(qū)體提供碳源，也可以利用固體碳聚

5、體提供碳源，如Sun等利用化學(xué)氣相沉積法將聚合物薄膜沉積在金屬催化劑基體上，制備出高質(zhì)量層數(shù)可控的石墨烯。與化學(xué)氣相沉積法相比，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法可在更低的沉積溫度和更短的反應(yīng)時間內(nèi)制備出單層石墨烯。此外晶體外延生長法通過加熱單晶6H-S1C脫除Si,從而得到在SiC表面外延生長的石墨烯。但是SiC晶體表面在高溫過程中會發(fā)生重構(gòu)而使得表血結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此很難獲得大血積、厚度均-的石墨烯。而溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質(zhì)量石墨烯的特點(diǎn)也越來越受研究人員的關(guān)注。相比于其他方法，通過有機(jī)

6、合成法可以制備無缺陷且具有確定結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶。1.1試劑細(xì)鱗片石墨（青島申墅石墨制品廠,含碳量90%?99.9%,過200目篩），高猛酸鉀（KMnO4,純度$99.5%）,濃硫酸（H2SO4,純度95.0%-98.0%）,過氧化氫（H2O2,純度230%）,濃鹽酸（HC1,純度36.0%-38.0%）均購自成都市科龍化工試劑廠;氫氧化鈉（NaOH,純度$96%）購自天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;水合月井（N2H4-H2O,純度＞80%）購自成都聯(lián)合化工試劑研究所.實(shí)驗(yàn)用水為超純水（＞10MQ?cm

7、）.1.2儀器設(shè)備恒溫水浴鍋（DF-101型,河南予華儀器有限公司），電子天平（JT2003型，余姚市金諾天平儀器有限公司）,真空泵（SHZ-D（III）型，鞏義市瑞徳儀器設(shè)備有限公司），超聲波清洗器（KQ5200DE型，昆山市超聲儀器有限公司），離心機(jī)（CF16RX型，日本日立公司）擻字式pH計（PHS-2C型，上海日島科學(xué)儀器有限公司），超純水系統(tǒng)（UPT?II?10T型,成都超純科技有限公司）。1.3樣品制備采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨。將lg石墨、23mL98%濃硫酸置于100mL

8、燒杯中混合均勻并置于冰浴中，攪拌30min,使其充分混合，稱取4gKMnO4加入燒杯中繼續(xù)攪拌lh后，移入40°C的溫水浴中繼續(xù)攪拌30min;向燒杯中加入蒸鎘水，控制溫度在100°C以下將反應(yīng)液稀釋至80-100mL后加適呈5%H2O2,趁熱過濾，用5%HC1和蒸餡水充分洗滌至接近中性，過濾,60°C烘干，得到氧化石墨。在燒杯中配制pH為11的NaOH溶液，將氧化石墨研碎，加入燒杯屮配制0.3gXL-l氧化石墨懸浮液lOOmL,置于超聲波清洗器屮在200W功率下超聲