表面活性剂对石墨烯再分散性能的影响及其应用研究
发布时间：2021-06-24 06:35
石墨烯由于其优异的物理性能而闻名,但难以大规模制备优质、高效的石墨烯限制了其应用。大量研究结果表明:液相剥离法能够大量生产高质量的薄层石墨烯。液相剥离法的产品大多是分散液、浆料和粉体。前两者中石墨烯浓度低,溶剂所占百分比大且大多为有机溶剂,显著增加了运输成本且运输过程中存在污染和安全问题。粉体中虽然石墨烯的质量分数高但密度小,也会显著增加其运输成本。为了克服上述劣势,急需制备一种再分散性能好、密度高且石墨烯含量高的石墨烯固体。通过添加表面活性剂,石墨烯固体中溶于溶剂后要达到好的再分散性。原因在于表面活性剂不仅稳定石墨烯片,而且还可以插层到石墨烯层之间,提高它的再分散性。因此研究表面活性剂对石墨烯再分散性能的影响及其它们的表界面状况是重中之重。因此,在本研究中以石墨烯为研究对象。首先,通过制备5种不同分子量及质量比的石墨烯/普朗尼克分散液,通过不同方式干燥后获得石墨烯固体,研究普朗尼克对石墨烯再分散性能的影响,总结了石墨烯/表面活性剂水分散液再分散的规律和作用机理。其次,进一步引入泡腾片的思路,将石墨烯固体和泡腾片充分研磨后获得了一种石墨烯质量分数高、可快速在水中再分散的石墨烯泡腾片。在...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
剥离石墨制备石墨烯的两种机械形式[12]
昆明理工大学硕士学位论文2图1-1剥离石墨制备石墨烯的两种机械形式[12]Fig.1-1Twomechanicalformsofgraphenepreparedbystrippinggraphite[12]数成正比关系，因此可以在石墨层间插入原子或分子来增大石墨层间距来减弱范德华力甚至消除这种力。研究发现，当层间距大于5时，范德华力变得很微弱[13]。该步骤处理过的石墨，可在超声波作用下很容易分散制得石墨烯。61Fr（1-1）其中，F为范德华力，r为分子间距离。起初石墨烯的诞生是英国曼彻斯特大学Geim教授和Novoselov教授利用简易的胶带微机械剥离高定向热解石墨的方法获得的。这种方法能够制备出完美的单层石墨烯[14]，如图1-2（a）所示。这种方法最基本的构思是从块状高定向热解石墨的表面剥离石墨烯层，原理是光刻胶施加法向力作用于高定向热解石墨的表面，光刻胶反复撕揭，多次施加法向力，石墨层变得越来越薄，最终成为单层石墨烯。这种方法用于制备高质量、大面积的石墨烯片，基于这种方法制备的石墨烯样品，展示出许多杰出的性能，然而这种方法极其需要人力且制备周期长，仅限于实验室研究无法扩展到工业化生产。图1-2（a）微机械剥离高定向热解石墨示意图[14]；（b）球磨法机械剥离机理图[12]Fig.1-2(a)Schematicdiagramofmicro-mechanicalstrippingofhighlyorientedpyrolyticgraphite[14];(b)Mechanicalpeelingmechanismofballmilling[12]除此之外，第二种机械剥离法-施加剪切力用来剥离制备石墨烯的示意图如1-2（b）所
气相沉积法化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition，CVD）是含碳化合物发生裂解后，其碳原子会在基底（如单晶Ru、多晶Ni、铜箔）表面上形成石墨烯。邹志宇等人探索了石墨烯在金属催化剂表面的CVD生长机理：在金属催化剂的作用下，碳氢化合物前驱体（例如：甲烷）在100Pa（0.001atm）到105Pa（1atm）的压强范围内、1100°C或更高的温度的条件下在基底（Cu或Ni）表面产生热解反应，起初表面碳浓度比体相的高，因此在高温下表面部分热解产生的碳原子由表面向基底内部扩散，并和基底成分形成具有不同结构的固溶体[16]。图1-3化学气相沉积生长石墨烯的原理示意图[16-17]Fig.1-3Schematicdiagramofthegrowthofgraphenebychemicalvapordeposition[16-17]在氩气氛围下冷却时，随着温度的降低，碳在金属中溶解度下降，碳原子的浓度高于形成固溶体的浓度时，碳原子会从形成的固溶体内扩散到金属表面，并优先在晶界、台阶等缺陷位处成核进而形成石墨烯(或石墨)；除去扩散到基底内部的部分碳原子外，在基底
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体在石墨烯绿色规模化剥离制备中的应用[J]. 吴娟,闫立峰. 中国科学:化学. 2018(09)
[2]非对称流场流分离技术的现状及发展趋势[J]. 梁启慧,吴迪,邱百灵,韩南银. 色谱. 2017(09)
[3]超声波辅助二元溶剂剥离制备石墨烯[J]. 祁帅,黄国强. 材料导报. 2017(09)
[4]口服泡腾片的制备工艺研究进展[J]. 杨丹,吴国泰,牛亭惠,杜晓琴,谢建超,任远. 甘肃科技. 2016(19)
[5]直接液相剥离法制备无缺陷石墨烯[J]. 石梦燕,张晓凤,王孝英,王文珠,蒋晓青. 南京师范大学学报(工程技术版). 2014(02)
[6]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
[7]真空冷冻干燥的工艺流程[J]. 王洁,黄传伟,安源,李如华. 医疗卫生装备. 2012(09)
[8]共聚焦显微拉曼光谱的应用和进展[J]. 许永建,罗荣辉,郭茂田,吴俊富,李明玉. 激光杂志. 2007(02)
[9]泡腾片的常用辅料及制备方法[J]. 王淑华,林永强. 食品与药品. 2006(03)
[10]中药泡腾片及工艺研究进展[J]. 田秀峰,边宝林. 中国中药杂志. 2004(07)
硕士论文
[1]环氧复合材料的制备及导热性能研究[D]. 沈典宇.昆明理工大学 2017
[2]石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备、结构及性能研究[D]. 黄维.中国工程物理研究院 2017
[3]石墨烯分散体系的制备及其性能研究[D]. 杨青.华东理工大学 2017
[4]中药泡腾片剂的制备与质量研究[D]. 刁昱.扬州大学 2013
本文编号：3246572
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
剥离石墨制备石墨烯的两种机械形式[12]
昆明理工大学硕士学位论文2图1-1剥离石墨制备石墨烯的两种机械形式[12]Fig.1-1Twomechanicalformsofgraphenepreparedbystrippinggraphite[12]数成正比关系，因此可以在石墨层间插入原子或分子来增大石墨层间距来减弱范德华力甚至消除这种力。研究发现，当层间距大于5时，范德华力变得很微弱[13]。该步骤处理过的石墨，可在超声波作用下很容易分散制得石墨烯。61Fr（1-1）其中，F为范德华力，r为分子间距离。起初石墨烯的诞生是英国曼彻斯特大学Geim教授和Novoselov教授利用简易的胶带微机械剥离高定向热解石墨的方法获得的。这种方法能够制备出完美的单层石墨烯[14]，如图1-2（a）所示。这种方法最基本的构思是从块状高定向热解石墨的表面剥离石墨烯层，原理是光刻胶施加法向力作用于高定向热解石墨的表面，光刻胶反复撕揭，多次施加法向力，石墨层变得越来越薄，最终成为单层石墨烯。这种方法用于制备高质量、大面积的石墨烯片，基于这种方法制备的石墨烯样品，展示出许多杰出的性能，然而这种方法极其需要人力且制备周期长，仅限于实验室研究无法扩展到工业化生产。图1-2（a）微机械剥离高定向热解石墨示意图[14]；（b）球磨法机械剥离机理图[12]Fig.1-2(a)Schematicdiagramofmicro-mechanicalstrippingofhighlyorientedpyrolyticgraphite[14];(b)Mechanicalpeelingmechanismofballmilling[12]除此之外，第二种机械剥离法-施加剪切力用来剥离制备石墨烯的示意图如1-2（b）所
气相沉积法化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition，CVD）是含碳化合物发生裂解后，其碳原子会在基底（如单晶Ru、多晶Ni、铜箔）表面上形成石墨烯。邹志宇等人探索了石墨烯在金属催化剂表面的CVD生长机理：在金属催化剂的作用下，碳氢化合物前驱体（例如：甲烷）在100Pa（0.001atm）到105Pa（1atm）的压强范围内、1100°C或更高的温度的条件下在基底（Cu或Ni）表面产生热解反应，起初表面碳浓度比体相的高，因此在高温下表面部分热解产生的碳原子由表面向基底内部扩散，并和基底成分形成具有不同结构的固溶体[16]。图1-3化学气相沉积生长石墨烯的原理示意图[16-17]Fig.1-3Schematicdiagramofthegrowthofgraphenebychemicalvapordeposition[16-17]在氩气氛围下冷却时，随着温度的降低，碳在金属中溶解度下降，碳原子的浓度高于形成固溶体的浓度时，碳原子会从形成的固溶体内扩散到金属表面，并优先在晶界、台阶等缺陷位处成核进而形成石墨烯(或石墨)；除去扩散到基底内部的部分碳原子外，在基底
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体在石墨烯绿色规模化剥离制备中的应用[J]. 吴娟,闫立峰. 中国科学:化学. 2018(09)
[2]非对称流场流分离技术的现状及发展趋势[J]. 梁启慧,吴迪,邱百灵,韩南银. 色谱. 2017(09)
[3]超声波辅助二元溶剂剥离制备石墨烯[J]. 祁帅,黄国强. 材料导报. 2017(09)
[4]口服泡腾片的制备工艺研究进展[J]. 杨丹,吴国泰,牛亭惠,杜晓琴,谢建超,任远. 甘肃科技. 2016(19)
[5]直接液相剥离法制备无缺陷石墨烯[J]. 石梦燕,张晓凤,王孝英,王文珠,蒋晓青. 南京师范大学学报(工程技术版). 2014(02)
[6]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
[7]真空冷冻干燥的工艺流程[J]. 王洁,黄传伟,安源,李如华. 医疗卫生装备. 2012(09)
[8]共聚焦显微拉曼光谱的应用和进展[J]. 许永建,罗荣辉,郭茂田,吴俊富,李明玉. 激光杂志. 2007(02)
[9]泡腾片的常用辅料及制备方法[J]. 王淑华,林永强. 食品与药品. 2006(03)
[10]中药泡腾片及工艺研究进展[J]. 田秀峰,边宝林. 中国中药杂志. 2004(07)
硕士论文
[1]环氧复合材料的制备及导热性能研究[D]. 沈典宇.昆明理工大学 2017
[2]石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备、结构及性能研究[D]. 黄维.中国工程物理研究院 2017
[3]石墨烯分散体系的制备及其性能研究[D]. 杨青.华东理工大学 2017
[4]中药泡腾片剂的制备与质量研究[D]. 刁昱.扬州大学 2013
本文编号：3246572
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