功能化石墨烯的湿法球磨制备及其性能研究
发布时间：2022-01-17 17:27
电子信息时代的快速发展,带动了新材料的发展,同时也对新材料提出了新的要求。“新材料之王”-石墨烯凭借其优异的光、电、热等特性备受关注和期待。但石墨烯极易团聚,难以在各类基质中均匀分散,因而需要对其改性。目前,石墨烯的制备与功能化改性往往分步进行,开发出具有经济、简便、可规模化制备优势的功能化石墨烯,对石墨烯应用价值的开发具有重要意义。因此,本文从天然鳞片石墨出发,围绕石墨烯的制备和功能改性展开研究,开发新策略,改善石墨烯易团聚问题。其主要研究内容如下:以浓硫酸为球磨助剂,对天然鳞片石墨进行湿法球磨。浓硫酸在石墨的剥离过程中起到氧化、插层的作用。该策略可以制备出石墨烯,并改善石墨烯在水及部分极性有机溶剂中的分散性。由于石墨具有完整的π共轭结构,表现出优异的化学惰性,经过浓硫酸辅助剥离获得低氧化石墨烯,其含氧量、表观颜色等均与石墨相似,表明其氧化程度低,结构、性能保留完整。Diels-Alder反应具有反应条件温和及热可逆等特性,结合湿法球磨剥离的高效性,实现从石墨到功能化石墨烯的简便制备。所制备的功能化石墨烯（G-MA）在水和常见的极性溶剂中表现出优异的分散性。因此,在没有粘合剂及表面活...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)单层石墨烯烯理论结构示示意图；(b)石石墨烯系列材材料的厚度及及其分类
华侨大学硕士学位论文21.2石墨烯的性质石墨烯特殊的平面型二维晶体结构，赋予石墨烯较三维的石墨材料，一维的碳纳米管，零维的富勒烯所不具备的一些优异性能[10,11]。图1.2展示了石墨烯的部分优异特性。从图中可知，石墨烯拥有的比表面积可达2630m2·g-1[12]，室温下载流子迁移率能够达到2×105cm2·V-1·S-1[13]，其单层具备高透光率（97.7%）[14]、高强度（杨氏模量1TPa）[15]，高导热（5000W·m-1·K-1）[16]。此外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应[17]及室温铁磁性[18]等特殊性质。这些特殊的性质，让石墨烯在各个领域施展拳脚，使其成为近几年来最受瞩目的碳材料、纳米材料、功能材料，引起广泛的关注和研究[19-21]。图1.2石墨烯优异特性展示除上述特性外，石墨烯还具有其他潜在特性。2018年，麻省理工学院的PabloJarillo-Herrero和他的同事发现石墨烯的超导特性[22]。两个单片层石墨烯片（图1.3中的蓝色和黑色）在1.7k温度下相对彼此以一定角度堆叠（约1.1°）可表现出超导特性，该角度被成为“魔角”。随后三层石墨烯片中亦发现超导电性迹象[23]，且相对于双层石墨烯超导，三层石墨烯不必发生扭曲。石墨烯超导现象的发现有助于科研人员加快对铜氧化物的超导研究。相信不久的将来，基于石墨烯超导特性的应用将兴起，其零电阻特性的优势可用于电力输送，减少电力传输损耗，还可以用于制造超导电池等。
第1章绪论3图1.3两个单片层石墨烯的转角堆叠，θ约1.1°1.3石墨烯的制备石墨烯作为产、学、研的热点材料，其制备方法一直受到关注和研究。石墨烯可以从块状石墨中通过物理手段进行层层剥离制备，也可以通过控制碳原子在二维平面上的生长进行制备。目前石墨烯的制备方法主要分为以机械剥离为主的物理法，以及氧化还原、化学气相沉积、电化学法等为主的化学法，如图1.4所示[24-26]。根据其制备方法的不同，所制备出来的石墨烯也存在较大差异，其差异主要体现在石墨烯片层厚度、缺陷度等方面。在实际生产应用中，可根据制备成本、质量要求、应用领域的不同选用不同制备方法。图1.4石墨烯的不同制备方法1.3.1物理法制备石墨烯物理法制备石墨烯，顾名思义主要是以天然鳞片石墨为原料，在“力”的
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展[J]. 李泽民,王胜民,赵晓军,张俊,潘艳芝. 表面技术. 2020(01)
[2]石墨烯制备方法及应用研究进展[J]. 俞兆亮,刘建强,王芳. 冶金与材料. 2019(06)
[3]Graphene Nanostructure?Based Tactile Sensors for Electronic Skin Applications[J]. Pei Miao,Jian Wang,Congcong Zhang,Mingyuan Sun,Shanshan Cheng,Hong Liu. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[4]化工新材料幻变出的5G时代[J]. 周文俊. 广州化工. 2019(07)
[5]Comprehensive Application of Graphene: Emphasis on Biomedical Concerns[J]. S.Syama,P.V.Mohanan. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[6]用于锂离子电池的石墨烯导电剂:缘起、现状及展望[J]. 苏方远,唐睿,贺艳兵,赵严,康飞宇,杨全红. 科学通报. 2017(32)
[7]锂离子电池的发展现状及展望[J]. 王鹏博,郑俊超. 自然杂志. 2017(04)
[8]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 王亚平,胡淑婉,曹峰. 电源技术. 2017(04)
[9]石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性[J]. 黄国家,陈志刚,李茂东,杨波,辛明亮,李仕平,尹宗杰. 化学学报. 2016(10)
[10]基于对氨基苯磺酸重氮盐功能化制备亲水性磺化石墨烯的研究[J]. 林菊香,董菁,陈丹青,陈国华. 中国科学:化学. 2016(08)
本文编号：3595139
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)单层石墨烯烯理论结构示示意图；(b)石石墨烯系列材材料的厚度及及其分类
华侨大学硕士学位论文21.2石墨烯的性质石墨烯特殊的平面型二维晶体结构，赋予石墨烯较三维的石墨材料，一维的碳纳米管，零维的富勒烯所不具备的一些优异性能[10,11]。图1.2展示了石墨烯的部分优异特性。从图中可知，石墨烯拥有的比表面积可达2630m2·g-1[12]，室温下载流子迁移率能够达到2×105cm2·V-1·S-1[13]，其单层具备高透光率（97.7%）[14]、高强度（杨氏模量1TPa）[15]，高导热（5000W·m-1·K-1）[16]。此外，石墨烯还具有室温量子霍尔效应[17]及室温铁磁性[18]等特殊性质。这些特殊的性质，让石墨烯在各个领域施展拳脚，使其成为近几年来最受瞩目的碳材料、纳米材料、功能材料，引起广泛的关注和研究[19-21]。图1.2石墨烯优异特性展示除上述特性外，石墨烯还具有其他潜在特性。2018年，麻省理工学院的PabloJarillo-Herrero和他的同事发现石墨烯的超导特性[22]。两个单片层石墨烯片（图1.3中的蓝色和黑色）在1.7k温度下相对彼此以一定角度堆叠（约1.1°）可表现出超导特性，该角度被成为“魔角”。随后三层石墨烯片中亦发现超导电性迹象[23]，且相对于双层石墨烯超导，三层石墨烯不必发生扭曲。石墨烯超导现象的发现有助于科研人员加快对铜氧化物的超导研究。相信不久的将来，基于石墨烯超导特性的应用将兴起，其零电阻特性的优势可用于电力输送，减少电力传输损耗，还可以用于制造超导电池等。
第1章绪论3图1.3两个单片层石墨烯的转角堆叠，θ约1.1°1.3石墨烯的制备石墨烯作为产、学、研的热点材料，其制备方法一直受到关注和研究。石墨烯可以从块状石墨中通过物理手段进行层层剥离制备，也可以通过控制碳原子在二维平面上的生长进行制备。目前石墨烯的制备方法主要分为以机械剥离为主的物理法，以及氧化还原、化学气相沉积、电化学法等为主的化学法，如图1.4所示[24-26]。根据其制备方法的不同，所制备出来的石墨烯也存在较大差异，其差异主要体现在石墨烯片层厚度、缺陷度等方面。在实际生产应用中，可根据制备成本、质量要求、应用领域的不同选用不同制备方法。图1.4石墨烯的不同制备方法1.3.1物理法制备石墨烯物理法制备石墨烯，顾名思义主要是以天然鳞片石墨为原料，在“力”的
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展[J]. 李泽民,王胜民,赵晓军,张俊,潘艳芝. 表面技术. 2020(01)
[2]石墨烯制备方法及应用研究进展[J]. 俞兆亮,刘建强,王芳. 冶金与材料. 2019(06)
[3]Graphene Nanostructure?Based Tactile Sensors for Electronic Skin Applications[J]. Pei Miao,Jian Wang,Congcong Zhang,Mingyuan Sun,Shanshan Cheng,Hong Liu. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[4]化工新材料幻变出的5G时代[J]. 周文俊. 广州化工. 2019(07)
[5]Comprehensive Application of Graphene: Emphasis on Biomedical Concerns[J]. S.Syama,P.V.Mohanan. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[6]用于锂离子电池的石墨烯导电剂:缘起、现状及展望[J]. 苏方远,唐睿,贺艳兵,赵严,康飞宇,杨全红. 科学通报. 2017(32)
[7]锂离子电池的发展现状及展望[J]. 王鹏博,郑俊超. 自然杂志. 2017(04)
[8]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 王亚平,胡淑婉,曹峰. 电源技术. 2017(04)
[9]石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性[J]. 黄国家,陈志刚,李茂东,杨波,辛明亮,李仕平,尹宗杰. 化学学报. 2016(10)
[10]基于对氨基苯磺酸重氮盐功能化制备亲水性磺化石墨烯的研究[J]. 林菊香,董菁,陈丹青,陈国华. 中国科学:化学. 2016(08)
本文编号：3595139
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