石墨烯制备及导电性能的研究

发布时间：2017-04-05 23:13

  本文关键词：石墨烯制备及导电性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在碳材料中，石墨烯具有特殊的单层二维蜂窝状结构，由于特殊的分子结构，使得石墨烯具有优异的化学和物理性质，例如：超高的比表面积（2630m2/g），导电性能（电导率106S/m），机械性能（杨氏模量有1TPa）等，在高科技领域中展现了巨大的潜力。但是由于石墨烯片层之间存在范德华力，促使分子层之间易发生团聚，不利于石墨烯的分散，导致电阻率升高和片层厚度增加，无法大规模高质量的制备石墨烯。本研究致力于制备单层石墨烯，利用氧化还原法，制备具有单层高质量的石墨烯；并且系统的考察了氧化剂和还原剂对制备石墨烯性能的影响，也深入探讨了石墨烯与改性石墨烯制备的实验条件；另外，，通过对石墨烯改性的研究，发现改性石墨烯可以在水溶液中稳定分散。 在制备氧化石墨烯和石墨烯的方法中。通过改性Hummers法制备氧化石墨烯，深入讨论了由搅拌速度，高锰酸钾用量和低温反应时间的变化对制备氧化石墨烯的影响。在还原氧化石墨烯的过程中，讨论了还原剂和反应时间对实验的影响。并且对氧化石墨烯和石墨烯做了红外光谱，拉曼光谱，投射电子显微镜，原子力显微镜和热重进行了表征并且测试氧化石墨烯的分散性和石墨烯的导电性。 研究氧化石墨烯，硅烷偶联剂KH-560和葡萄糖反应制备改性石墨烯。通过红外光谱，拉曼光谱，透射电子显微镜和原子力显微镜对改性石墨烯进行表征。同时测试改性石墨烯的分散性与导电性。 研究结果表明：氧化石墨烯的片层被打开，而且表面接枝了大量的含氧基团，并且其在水溶液中的分散性较好。由葡萄糖还原制备的石墨烯表面的含氧基团基本被去除而且具有较小的电阻率，电阻值为32.6·m。改性石墨烯在水溶液中具有较好的分散性，其片层呈现出不同尺寸，厚度在1.46nm，约为3-4层。电阻率为48.7·m，略高于石墨烯的电阻率，但是改性后的石墨烯在水溶液中具有较好的分散性。
【关键词】：氧化石墨烯 石墨烯 电阻率 改性石墨烯
【学位授予单位】：北京印刷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 前言8-17
• 1.1 石墨烯的概述8-9
• 1.2 石墨烯制备方法的国内外现状9-15
• 1.2.1 机械剥离法10-11
• 1.2.2 化学气相沉积法11-12
• 1.2.3 外延生长法12-13
• 1.2.4 化学氧化还原法13-14
• 1.2.5 其他方法14-15
• 1.3 研究内容和研究目的意义15-17
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 研究目的和意义16-17
• 第二章 石墨烯结构表征与应用17-27
• 2.1 石墨烯的结构及其性能17-19
• 2.2 石墨烯的表征19-23
• 2.2.1 红外光谱表征法19
• 2.2.2 拉曼光谱表征法19-21
• 2.2.3 透射电子显微镜表征法21
• 2.2.4 原子力显微镜表征法21-22
• 2.2.5 X射线衍射表征法22-23
• 2.2.6 热重分析表征法23
• 2.3 石墨烯的应用23-27
• 2.3.1 透明导电电极23-24
• 2.3.2 超级电容器24-25
• 2.3.3 传感器25-27
• 第三章 氧化石墨烯的制备27-42
• 3.1 实验部分27-32
• 3.1.1 实验原料27
• 3.1.2 实验仪器27-28
• 3.1.3 氧化石墨烯的制备28-29
• 3.1.4 氧化石墨烯的表征29-30
• 3.1.5 氧化石墨烯制备过程分析30-32
• 3.2 结果与表征32-41
• 3.2.1 实验条件的优化32-36
• 3.2.2 氧化石墨烯的表征36-40
• 3.2.3 氧化石墨烯的分散性40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 石墨烯的制备42-51
• 4.1 实验部分42-44
• 4.1.1 实验原料42
• 4.1.2 实验仪器42-43
• 4.1.3 石墨烯的制备43
• 4.1.4 石墨烯的表征43-44
• 4.2 结果与表征44-50
• 4.2.1 实验条件优化44-45
• 4.2.2 石墨烯的表征45-49
• 4.2.3 石墨烯的电阻率49-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第五章 改性石墨烯的制备及其表征51-58
• 5.1 实验部分51-53
• 5.1.1 实验原料51
• 5.1.2 实验仪器51-52
• 5.1.3 改性石墨烯的制备52-53
• 5.1.4 改性石墨烯的表征53
• 5.2 结果与表征53-57
• 5.2.1 改性石墨烯的表征53-56
• 5.2.3 改性石墨烯的电阻率56
• 5.2.4 改性石墨烯的分散性56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 结论58-60
• 参考文献60-66
• 硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 彭黎琼;谢金花;郭超;张东;;石墨烯的表征方法[J];功能材料;2013年21期

2 段淼;李四中;陈国华;;机械法制备石墨烯的研究进展[J];材料工程;2013年12期

3 梁彤祥;刘娟;王晨;;石墨烯的电子结构及其应用进展[J];材料工程;2014年06期

4 宫丽红;张健;高军;王殿荣;史克英;;Cu-Cu_2 O/RGO复合材料的制备及NO_x气敏性能[J];人工晶体学报;2013年08期

5 马艳红;郑保忠;韦良强;;聚合物/碳纳米管复合材料的研究进展[J];塑料;2013年05期

6 常旭;;多层石墨烯的表面起伏的分子动力学模拟[J];物理学报;2014年08期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 杜宪;石墨烯的可控制备、后处理及其电化学电容性能研究[D];北京化工大学;2013年

2 李兴华;纳米磁粉/石墨烯异质结构材料的制备及其应用研究[D];兰州大学;2013年

3 冯红彬;石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究[D];中国科学技术大学;2013年

4 江曼;石墨烯、碳纳米管可饱和吸收体的制备及其用于被动调Q/锁模激光器的实验研究[D];西北大学;2013年

5 欧恩才;石墨烯分散液制备及其自组织现象研究[D];湖南大学;2012年

6 周讯;还原氧化石墨烯杂化材料的水热法制备、结构表征及其吸附和光催化性质的研究[D];合肥工业大学;2013年

7 王鸿;单晶石墨烯的化学气相沉积法制备、氢气刻蚀与同质外延研究[D];中国科学技术大学;2013年

8 沈博;含银、铜、铋的石墨烯复合材料的制备和性能研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

9 聂仁峰;石墨烯基材料的制备及其在多相催化中的应用[D];浙江大学;2014年

10 曾健;荷能重离子引起高定向石墨和石墨烯的辐照效应研究[D];兰州大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 傅广港;静电纺丝法构建碳系导电网络骨架及其超级电容器性能[D];西南交通大学;2013年

2 祝远帅;碳、硅低维纳米材料的结构与催化性能研究[D];浙江工业大学;2013年

3 刘佳;锂离子电池SnO_2纳米球/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究[D];重庆大学;2013年

4 李强;掺杂多层石墨烯的电子结构与介电性质研究[D];上海师范大学;2013年

5 邹向华;氧化石墨烯的制备与还原及其光响应特性[D];湘潭大学;2013年

6 胡建国;功能化石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学应用[D];浙江师范大学;2013年

7 贺晓东;功能化石墨烯的制备及其催化应用[D];浙江大学;2012年

8 张洁;功能性纳米复合材料的吸附—光催化性能的研究[D];齐鲁工业大学;2013年

9 牛英华;石墨烯负载TiO_2和Cu_2O催化剂的制备及在CO_2资源化中的应用[D];哈尔滨工业大学;2012年

10 路珍珍;几种新型化学修饰电极的构建及其在环境检测中的应用[D];湖南大学;2013年

  本文关键词：石墨烯制备及导电性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：287867