机械法制备石墨烯设备结构及实验研究

发布时间：2020-05-17 05:37

【摘要】：传统理论研究认为,二维晶体由于热不稳定性很难独立存在。但是自2004年石墨烯被发现以来,打破了传统理论研究束缚,打开了新的二维纳米功能材料的研究领域,具有里程碑的意义。近几年,针对石墨烯的研究热潮依旧如火如荼,石墨烯在力学、电学和热学方面表现出非常优异的性质,石墨烯这些突出的性能可望应用于超级电容器、电池电极材料、高性能纳米电子器件等领域,具有非常广阔的应用前景。石墨烯被科学界称为有可能取代硅成为未来的半导体材料。石墨烯的巨大应用前景推动了其制备方法的研究。近年来,化学法制备石墨烯因其对纳米级石墨片层的可控性大于机械剥离法,因此伴随着其研究方向也大多集中在化学法制备石墨烯,然而石墨烯许多本征物性的发现却来自于微机械剥离的制备。本文主要针对机械球磨法制备石墨烯,根据目前研究比较成熟的立式搅拌研磨法和行星式球磨法,为解决在以上两种球磨方法中,不可避免的存在磨球冲击研磨材料现象,设计出一种能够提供纯剪切剥离制备石墨烯的新型球磨方法。石墨烯独特的二维晶体结构要求其在机械剥离制备过程中,如何能够保存其二维晶格结构的同时,获得较大径厚比的石墨烯片层成为关键问题。粉碎研磨理论研究中,磨球冲击研磨材料对于细化研磨对象是有利的,但是并不有利于保存石墨烯的二维晶格结构和获得较大径厚比的石墨烯片层。因此,设计一种能够提供有效剪切效果并避免磨球冲击现象的球磨方法,对于机械法制备石墨烯是非常有意义的。本文以新型球磨设备为研究对象,以国内外对于机械剥离制备石墨烯过程的理论研究为基础,基于EDEM离散元仿真软件仿真分析在此新球磨设备中磨球的运动规律,研究论证使用该球磨方法制备石墨烯的可行性。并以SDS作为分散剂,确定一定的工艺参数如转筒转速、磨球直径等,经实验制备石墨烯后,通过SEM和拉曼光谱来表征制备所得石墨烯片层的质量,以此论证该方法的可行性。经研究分析得出,此新型球磨设备能够制备出少数层且较大径厚比的石墨烯,同时对比不同研磨时间制得样品的SEM图,表明此设备对于避免磨球冲击石墨片层的破坏行为是有效的。
【图文】：

示意图,石墨,晶格,示意图

存其二维晶格结构的同时，获得较大径厚比磨理论研究中，磨球冲击研磨材料对于细化研存石墨烯的二维晶格结构和获得较大径厚比提供有效剪切效果并避免磨球冲击现象的球常有意义的。性质及应用结构及表面形态石墨片的单层二维碳原子层，它是由单层碳、键共价键连接而成的具有规则对称的理4nm，是目前世界上发现的最薄的二维晶体材图。

碳基,石墨材料,石墨,方式

图 1.2 石墨烯的碳基二维晶体构成石墨材料的形成方式b）翘曲形成零维富勒烯；（c）卷曲形成一维的碳纳米管；（三维的石墨e form of graphene that forms the basic structural unit of graphite ；(b)The warping forms a zero-dimensional fullerene；(c)The cuonal carbon nanotube；(d)The stacking forms a three-dimensiona单层二维原子晶体结构具有很高的理论比表面积，]。它的表面并非平整，而是布满了特殊的褶皱，这种学和热学等方面表现优异的性能。这些褶皱的形成是晶体易受热起伏以及其表面含有残存的含氧官能团的的性质质世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料。石墨烯因其独
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11

【参考文献】