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自支撑透明导电石墨烯薄膜的制备和性能研究

发布时间:2018-06-04 17:55

  本文选题:石墨烯薄膜 + 改进的Langmuir-Blodgett组装方法 ; 参考:《合肥工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:早在1986年,“石墨烯”这个术语就被提出,直到2004年,A. K.Geim教授第一次从高取向热解石墨上剥离,得到了独立存在的单原子层的石墨烯。石墨烯的独特晶体结构,在光学、力学、电学、热学等方面都展现出了优异的性能。大面积石墨烯薄膜拥有独特的物理化学性质,电子迁移率,导热性,机械强度和一个原子层的厚度。这些优异的性能导致大面积石墨烯薄膜在光电子学和高度选择性膜分离领域具有无限前景。然而使用什么样的组装方法,制备出大面积自支撑透明有韧性的石墨烯薄膜,成为研究者们需要解决的问题。宏观的组装方法可以制备出有等级结构的材料,并且还能把单个积木的属性转化为特殊的应用,组装出先进的功能性材料来。本论文首次介绍了一种改进的Langmuir-Blodgett (LB)宏观的组装方法,利用氧化石墨烯和三聚氰胺小分子之间强的作用力,形成一种特殊的褶皱结构,并且仿生珍珠贝壳的“砖块和砂浆”的微观结构,制备出自支撑、高透明度导电的石墨烯薄膜。组装出的超薄柔韧性的氧化石墨烯薄膜仅仅22nm,在可见光550nm和800nm处透明度分别达到84.6%和90.7%,在应变达3.5%下的应力机械强度达45 MPa,并且还原后的石墨烯薄膜的方块电阻值为420Ω□-1,在弯曲半径为1.5mm下循环压缩10000次,仍然表现出优异的电学稳定性。此外,同样使用已经探索出的改进的Langmuir-Blodgett (LB)宏观的组装方法,利用氧化石墨烯和聚丙烯酰胺聚合物之间的作用,制备出自支撑、高透明度的氧化石墨烯薄膜。薄膜在溶液中表现出的超强机械强度和柔韧性能,湿润下拉伸测试时应变达12%下的应力机械强度达81 MPa。充分表现出了在极限环境下的应用前景。
[Abstract]:As early as 1986, the term "graphene" was proposed, until Professor A. K.Geim first peeled off highly oriented pyrolytic graphite in 2004 to obtain graphene with an independent monatomic layer. The unique crystal structure of graphene exhibits excellent properties in optical, mechanical, electrical and thermal fields. Large area graphene films have unique physical and chemical properties, electron mobility, thermal conductivity, mechanical strength and the thickness of an atomic layer. These excellent properties lead to an infinite prospect of large area graphene films in optoelectronics and highly selective membrane separation. However, what kind of assembly method is used to prepare large area self-supporting transparent and ductile graphene thin films has become a problem that researchers need to solve. Macroscopically assembled materials can be prepared with hierarchical structure, and the properties of a single building block can be transformed into special applications, and advanced functional materials can be assembled. In this paper, an improved macroscopical assembly method of Langmuir-Blodgett is introduced for the first time. A special fold structure is formed by using the strong interaction between graphene oxide and melamine small molecules. And the microstructure of "brick and mortar" of bionic pearl shell is used to prepare graphene film with high transparency and conductivity. The ultrathin and flexible graphene oxide thin film is only 22 nm, with transparency of 84.6% and 90.7% at visible light 550nm and 800nm, respectively, stress mechanical strength of 45 MPA at the strain of 3.5%, and sheet resistance of the reduced graphene film. The value is 420 惟 -1, and the cyclic compression is 10000 times at the bending radius of 1.5mm. Still show excellent electrical stability. In addition, using the improved Langmuir-Blodgett LB-based macroscopical assembly method, graphene oxide films with high transparency were prepared by using the interaction between graphene oxide and polyacrylamide polymers. The mechanical strength and flexibility of the film in solution are super strong, and the stress mechanical strength of the film is 81 MPA when the strain reaches 12% in wet tensile test. The application prospect in the limit environment is fully demonstrated.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ127.11;TB383.2

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本文编号:1978276

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