还原氧化石墨烯薄膜的制备及其导热性能的研究

发布时间：2017-04-09 19:17

  本文关键词：还原氧化石墨烯薄膜的制备及其导热性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯是由单层碳原子构成的新型二维材料,具有极高的热导率,较强的机械性能和较低的密度,被视为一种很有前景的新型散热材料。目前基于石墨烯本征传热研究很多,涉及其薄膜应用的导热研究很少,开展石墨烯薄膜的可控制备、导热性能的研究对石墨烯薄膜材料在微电子器件领域的散热应用具有重要意义。本工作利用改善的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过真空抽滤法制备得到GO薄膜,研究了还原方法、碳纳米管添加对还原氧化石墨烯(RGO)薄膜微观结构和导热性能的影响。(1)利用HI酸、硅片夹制热还原和HI酸加热处理的方法对GO薄膜还原,得到自支撑的RGO薄膜。三种还原方式都使GO薄膜生成空隙,导致其(002)面取向度变差,密度相比于GO薄膜也有所降低,但其还原后面内热导率得到提高,可达到373 W/mK。(2)采用热压法对GO薄膜进行了还原,相比于硅片夹制热还原,热压还原使RGO薄膜的柔韧性得到明显提高。随着热压压力提高,RGO薄膜的石墨烯片层间距(d002)减小,类石墨堆叠高度(Lc)增大,(002)面取向度越高。热压还原薄膜的密度可达到1.96 g/cm3,热导率达2423 W/mK。(3)采用抽滤法制备了添加碳纳米管(CNTs)的GO薄膜,由于CNTs高的表面能使其在GO薄膜中发生团聚,从而对RGO薄膜的导热性能提升不明显。
【关键词】：还原氧化石墨烯薄膜 自支撑 取向度 三维极图 热导率
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 石墨烯简介11-14
• 1.1.1 石墨烯的结构11-12
• 1.1.2 石墨烯的性能12-14
• 1.2 石墨烯的制备方法14-17
• 1.2.1 微机械剥离法14-15
• 1.2.2 SiC热解外延生长法15
• 1.2.3 化学气相沉积法(CVD)15
• 1.2.4 化学氧化还原法15
• 1.2.5 碳纳米管轴向切割法15-17
• 1.2.6 微波法17
• 1.3 石墨烯的应用17-18
• 1.3.1 化学电源17
• 1.3.2 太阳能电池17
• 1.3.3 纳米复合材料17-18
• 1.3.4 传感器18
• 1.3.5 催化剂18
• 1.4 高导热炭基功能材料18-20
• 1.4.1 高取向热解石墨18-19
• 1.4.2 泡沫碳19
• 1.4.3 碳纳米管19
• 1.4.4 碳纤维19-20
• 1.4.5 石墨烯20
• 1.5 碳材料导热机理20-21
• 1.6 薄膜制备实验方法21
• 1.7 本课题研究目的和意义21
• 1.8 本课题研究内容21-23
• 第2章 实验部分23-31
• 2.1 实验原料及设备23-24
• 2.1.1 实验试剂与原料23
• 2.1.2 实验仪器设备23-24
• 2.2 实验方法24
• 2.3 试验样品的表征设备24-29
• 2.3.1 XRD测试24
• 2.3.2 AFM测试24-25
• 2.3.3 SEM测试25
• 2.3.4 XPS测试25
• 2.3.5 TG-DSC测试25
• 2.3.6 Raman测试25-26
• 2.3.7 IR表征26
• 2.3.8 极图测量(取向表征)26-29
• 2.4 热扩散测试29-31
• 第3章 还原过程对氧化石墨烯薄膜微观结构和导热性能的影响31-44
• 3.1 实验过程31-33
• 3.1.1 氧化石墨烯的制备31-32
• 3.1.2 薄膜的制备32
• 3.1.3 薄膜的还原32-33
• 3.2 结果与讨论33-43
• 3.2.1 AFM分析33-34
• 3.2.2 XPS分析34-36
• 3.2.3 热重分析36-37
• 3.2.4 SEM分析37-38
• 3.2.5 XRD分析38-39
• 3.2.6 拉曼光谱分析39-40
• 3.2.7 极图表征40-41
• 3.2.8 导热性能表征41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 热压还原对氧化石墨烯薄膜微观结构的影响44-57
• 4.1 实验方案44
• 4.2 结果与讨论44-56
• 4.2.1 XRD表征44-46
• 4.2.2 SEM表征46-47
• 4.2.3 取向分析47-48
• 4.2.4 XPS分析48-50
• 4.2.5 热重分析50
• 4.2.6 薄膜导热性能的测试及分析50-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章. CNTs的掺杂对还原氧化石墨烯薄膜导热性能的影响57-65
• 5.1 试验过程57-58
• 5.2 结果与讨论58-64
• 5.2.1 SEM分析58-59
• 5.2.2 XRD分析59-60
• 5.2.3 拉曼光谱分析60-62
• 5.2.4 热稳定分析62-63
• 5.2.5 导热性能测试分析63-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第6章 结论及展望65-67
• 6.1 论文主要结论65
• 6.2 论文创新之处65-66
• 6.3 今后工作展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 论文成果73

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