二维纳米材料的超临界法制备及性能研究

发布时间：2020-06-27 14:39

【摘要】：近年来,二维纳米材料由于独特的物理性质和化学性质得到了人们的关注。人们最为熟知的二维纳米材料是石墨烯。自从石墨烯被发现以来,人们对石墨烯的研究热情居高不下。石墨烯结构很特殊,具有很高的电导率,在电子和光电子器件领域有很好的应用。石墨烯有着独特的六元环结构,当受到外力时,六元环结构会发生弯曲变形适应这种改变以保持稳定,这种独特的适应性使石墨烯拥有很好的稳定性。除了石墨烯,人们对其他二维纳米材料如二硫化钼的研究也逐渐增多。二硫化钼(MoS_2)是一个Mo原子夹在两个S原子之间以共价键结合形成的三棱柱晶体,其能带间隙与其层数有直接的关系,具有很高的电子迁移率,在柔性晶体管领域有很好的应用。二维纳米材料的优异性质是建立在其拥有较少的层数上的基础上的。因此,如何制备层数少、性质好的二维纳米材料是一个亟待解决的问题。目前,二维纳米材料制备的主要面临的是产量低、缺陷大、层数较多和有机溶剂难以去除等问题。针对以上问题,本文采用超临界流体剥离法制备纳米二维材料。主要研究内容包括用剪切辅助超临界剥离法制备少层二硫化钼,通过改变反应条件,考察了超临界温度、超临界压力、超临界时间和剪切转速对产物性质的影响,对二氧化碳剥离层状材料的机理进行了讨论,对反应产物进行了透射、拉曼等表征,测试了产物在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的稳定性。用球磨辅助超临界剥离法制备了石墨烯,对产物进行了透射、原子力显微镜等表征,对产物的分散性进行了测试。研究结果表明,高温、高压、高剪切转速和长反应时间有利于层状材料的剥离。其中,剪切转速对产物的性质影响最大。制备的二硫化钼超过95%都少于10层,其中超过50%为1~4层。拉曼光谱和X射线衍射表明制备的二硫化钼晶型结构保持完整。产物比原料在NMP中有更好的稳定性。沉降7天后,产物在NMP中仍然有0.97 mg/mL的浓度。球磨辅助超临界剥离法制备的石墨烯拥有良好的分散性,在水溶液中的稳定浓度为0.15 mg/mL。原子力显微镜表明制备的多数石墨烯为6~7层。拉曼光谱表明制备的石墨烯有一定缺陷。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：

二维,纳米材料,纳米,二维材料

第 1 章文献综述维纳米材料的定义及种类纳米材料既是二维材料，又是纳米材料。纳米材料指材料的nm 的材料[1]。二维材料是几种材料的单个片层通过堆叠形成的一材料是一种新兴的纳米材料，它的横向尺寸大于 100 nm 甚至寸只有几个原子的厚度。二维纳米材料的面内原子之间依靠很面面原子之间依靠比较弱的范德华力链接[3]。由于这种特殊的料可以剪切或者膨胀的方法进行剥离。在理想的情况下，二维离成几个纳米厚度甚至单个原子厚度的纳米片。这种制备超薄二维纳米材料的剥离或者分层，被剥离下来的片层称为纳米片厚度为 1 层才能称为纳米片。通常情况下，我们把层数小于 10 片。

石墨,结构示意图,缺陷

图 1.2 石墨烯结构示意图[4]Fig. 1.2 Diagram of the structure of graphene[4]具有很高的电导率，这使得我们对其本质特性及其在电子研究变得更加方便。由于其独特的二维结构和电子能带结以被比拟为相对论性粒子，也就是说这些电子可以被视为。这一独特电子特性为研究相对论效应提供了理想平台。导电性，其导电性与其缺陷有关。缺陷越多，导电性越差破坏石墨烯的片层结构，影响电子传输速率。这里指的是输速率，而两个片层之间的电子传输速率则要低得多，这热材料导热性能不够理想的原因之一，因此往往需要在石材料。令人惊异的是石墨烯的缺陷越多，催化性能反而越要控制好石墨烯的缺陷，让其拥有少量缺陷。单层石墨烯

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