激光快速原位制备石墨烯及其耐腐蚀性研究
[Abstract]:Graphene is a two-dimensional honeycomb structure composed of carbon atoms. The thickness of graphene is only one atomic layer or several atomic layers. Graphene is the basic structural unit of other dimensional carbon materials. Graphene has excellent electrical, optical, thermal and mechanical properties, and can be used in microelectronics, flexible display, energy storage devices and composite materials. Among them, graphene is an excellent anticorrosive material due to its high permeability, high conductivity and chemical stability. However, the research on the metal protection of graphene is far from enough, and there is also a lack of an effective method for the preparation of graphene on the surface of bulk metal. In this paper, a new method for the preparation of graphene on metal surface is proposed. A large area of graphene is rapidly prepared on the surface of Ni metal, 4steel and Ni/Cu alloy by laser irradiation of solid carbon source. The preparation process is completed in an open environment and does not involve the discharge of combustible gases. It is an engineering and environmentally friendly method for the preparation of graphene. Using semiconductor laser with wide spot size (spot size 16 mm 脳 1 mm), the graphene wideband with width of 16 mm can be prepared by single channel scanning. The highest growth rate can be up to 28.8 cm2/min;. Graphene with arbitrary patterns was prepared by focusing fiber laser (spot diameter 3 mm or 1 mm) without any mask and other auxiliary facilities. The effects of laser processing technology, uniformity of laser spot energy distribution, cooling rate and thickness of carbon coating on the growth of graphene were systematically studied. In addition, the dissolution behavior of solid carbon source in the molten metal pool formed by laser and the formation of graphene during rapid solidification are also analyzed. The process is different from the diffusion and precipitation process of CVD gaseous carbon source. The growth of graphene on 4steel and Ni/Cu alloy was realized by introducing Ni atom into laser alloying. As the main component of 4steel, Fe is easy to form carbides with C and is a kind of metal substrate unsuitable for graphene growth. The addition of Ni to Fe provides the catalyst for the growth of graphene. With the increase of Ni content, the defects of graphene are decreased and the number of graphene layers increases. By adjusting the proportion of Ni and Cu in Ni/Cu alloy, the initial control of graphene layer number was realized. The corrosion resistance of graphene prepared by laser on metal surface was studied by means of chemical immersion corrosion and electrochemical corrosion. The results show that the corrosion rate of graphene in seawater decreases by 1000 times after in situ growth of graphene on the surface of pure Ni, and the corrosion resistance of graphene on the surface of 4steel is even better than that of super corrosion resistant stainless steel 904L. The excellent corrosion resistance of graphene grown by laser in situ can be attributed to its permeability, chemical stability and high electrical conductivity, as well as its natural combination with metal matrix. This method has good potential application value in the field of metal corrosion protection.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG174.45
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,本文编号:2371607
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