阳极氧化铝复合石墨烯薄膜的制备及性能研究
发布时间：2022-01-21 09:56
铝及其合金具有优异的物理和机械性能,使其在建筑、航空、船舶、交通以及日常生活等领域都有广泛的应用。阳极氧化为铝合金表面改性常见方法。石墨烯作为片状结构的纳米二维材料,被认为是最薄的腐蚀防护涂层。本文利用化学修饰方法在电化学剥离过程中对石墨烯表面进行硅烷修饰,随后分别对石墨烯及改性石墨烯通过阳极电泳沉积方法在铝合金氧化铝薄膜上得到复合薄膜,并研究其抗腐蚀及疏水性能。在KH-550（氨丙基三乙氧基硅烷）的0.1M（NH4）2SO4溶液中,石墨棒做阳极,钛丝做阴极,在10V恒压、70℃水浴条件下,采用一步法电化学剥离及原位功能化制备硅烷改性石墨烯。同样条件,在0.1M（NH4）2SO4溶液中电化学剥离制备了石墨烯。FTIR表明硅烷成功接支到石墨烯上,说明一步法的电化学剥离及原位功能化法制备硅烷功能化石墨烯是可行的;TG发现硅烷石墨烯热稳定性高于石墨烯;XRD与Raman结果显示电化学剥离过程中保留了石墨的晶格结构,得到硅烷石墨烯缺陷高于石墨烯。SEM显示硅烷石墨...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是构建是其他碳材料的二维材料[3]
沈阳理工大学硕士学位论文-2-石墨烯独特的二维结构和极高的晶体学质量，使其载流子行为极为特殊，类似于光子的无质量狄拉克费米子，因此描述凝聚态物理材料的电子性质的薛定谔方程，不适合用于石墨烯载流子，而采用相对论的狄拉克方程研究其电子性质。从其电子性质的研究结果来看，石墨烯属于半金属或零带隙半导体，使其表现出一系列新奇物理效应。这些物理现象包括下了室温下异常的整数量子霍尔效应、超导性、亚微米尺度的弹性传输特性以及双极性电场效应等[3]，如图1.2。此外电子传输结果表明，石墨烯载流子迁移率超过200,000cm2V-1s-1，运动速度达到了光速的1/300，远远超过了一般导体的电子运输速度[4]。从石墨烯发现的新奇物理现象来看，石墨烯的电子性质与大多数常见的材料不同，使其成为研究量子相对论的理想实验平台。图1.2单层石墨烯双极性效应；无质量狄拉克费米子[3]Fig.1.2Ambipolarelectricfieldeffectofsingle-layergraphene;MasslessDiracfermions[3]随着研究的深入，研究人员发现了石墨烯除了独特的电子性质外，还具有优异的热、力、光学等特性。石墨烯是由单层碳原子组成的完美晶格，具有极高的结构稳定性及化学稳定性，理论比表面积为2600m2g-1[5]。石墨烯是目前发现最薄及强度最高的物质，断裂强度高达130GPa，杨氏模量约1.5TPa，具有优异的机械性能[6,7]。同时是目前已知最好的导热材料，热导率高达5300Wm-1K-1，远远高于
第1章绪论-3-金属类导热体[8]。此外石墨烯独特的电子结构，使得单层石墨稀在很宽的波段范围内光吸收只有2.3%，表现极好的透光性，透光率高达97.7%[9]。基于这些优异的物理化学性质使石墨烯在高性能锂离子电池、高导电复合材料、超级电容器、超灵敏传感器、射频晶体管、耐腐蚀材料等领域都具有巨大的应用潜力。1.1.2石墨烯的制备方法低成本规模化生产高质量的石墨烯，是进行石墨稀基础物理研究及组装石墨烯宏观材料的应用首先考虑的问题。自2004年石墨烯发现以来，科学家发展了多种石墨烯制备方法，常规制备石墨烯的方法如图1.3所示。主要有自上而下，及自下而上制备法，前者常见方法有：去角质剥离法制备少层或单层石墨烯，主要有化学氧化还原法、机械法、电化学剥离法等方法。后者常见方法有：CVD化学气相沉积法，SiC外延生长法等方法。图1.3石墨烯不同的制备方法，在产品的成本和质量方面的比较[10]Fig.1.3Comparisonamongwell-establishedmethodsforthepreparationofgrapheneinrespectofcostandqualityoftheproducts[10]机械剥离法，是Geim课题组2004年最先发展出来的石墨烯制备方法[1]。该
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯改善铜抗腐蚀性能（英文）[J]. 章海霞,马琼,王永祯,许并社,郭俊杰. 新型炭材料. 2019(02)
[2]基于电泳法的石墨烯涂层制备与摩擦学性能研究[J]. 洪红,陈苏琳,陈茜,张执南,沈彬. 摩擦学学报. 2018(04)
[3]铝合金低乙醇含量硅烷化处理技术的研究[J]. 张琳琳,王修春,牛玉超,伊希斌,潘喜庆,王金伟. 表面技术. 2015(05)
[4]铝合金表面缓蚀自修复疏水性膜层的制备与表征[J]. 潘晓铭,吴俊升,肖葵,高书君,裴礼鸿,田然,李晓刚. 金属学报. 2013(09)
[5]亲油性长链烷基硅烷功能化石墨烯的制备与表征[J]. 马文石,李吉,林晓丹. 功能材料. 2012(20)
[6]一种可分散性石墨烯的制备[J]. 马文石,周俊文. 高等学校化学学报. 2010(10)
[7]有机-无机自组装制备类荷叶结构超疏水涂层及其性能研究[J]. 狄志勇,何建平,周建华,孙盾,王涛. 无机材料学报. 2010(07)
[8]LY12铝合金表面电化学沉积制备DTMS硅烷膜及其耐蚀性研究[J]. 胡吉明,刘倞,张鉴清,曹楚南. 高等学校化学学报. 2006(06)
[9]金属表面硅烷化防护处理及其研究现状[J]. 刘倞,胡吉明,张鉴清,曹楚南. 中国腐蚀与防护学报. 2006(01)
[10]铝阳极氧化膜封孔技术之进展[J]. 朱祖芳. 电镀与涂饰. 2000(03)
硕士论文
[1]铝合金表面仿生石墨烯涂层制备与性能[D]. 张继佳.吉林大学 2015
[2]二氧化钛/石墨烯复合材料的制备与性能研究[D]. 郭声春.重庆大学 2015
[3]有机硅功能化石墨烯及其聚合物复合材料的制备和性能研究[D]. 王远.南京大学 2013
[4]改性石墨烯的制备及其超疏水性能研究[D]. 秦晓娟.兰州理工大学 2013
本文编号：3600048
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是构建是其他碳材料的二维材料[3]
沈阳理工大学硕士学位论文-2-石墨烯独特的二维结构和极高的晶体学质量，使其载流子行为极为特殊，类似于光子的无质量狄拉克费米子，因此描述凝聚态物理材料的电子性质的薛定谔方程，不适合用于石墨烯载流子，而采用相对论的狄拉克方程研究其电子性质。从其电子性质的研究结果来看，石墨烯属于半金属或零带隙半导体，使其表现出一系列新奇物理效应。这些物理现象包括下了室温下异常的整数量子霍尔效应、超导性、亚微米尺度的弹性传输特性以及双极性电场效应等[3]，如图1.2。此外电子传输结果表明，石墨烯载流子迁移率超过200,000cm2V-1s-1，运动速度达到了光速的1/300，远远超过了一般导体的电子运输速度[4]。从石墨烯发现的新奇物理现象来看，石墨烯的电子性质与大多数常见的材料不同，使其成为研究量子相对论的理想实验平台。图1.2单层石墨烯双极性效应；无质量狄拉克费米子[3]Fig.1.2Ambipolarelectricfieldeffectofsingle-layergraphene;MasslessDiracfermions[3]随着研究的深入，研究人员发现了石墨烯除了独特的电子性质外，还具有优异的热、力、光学等特性。石墨烯是由单层碳原子组成的完美晶格，具有极高的结构稳定性及化学稳定性，理论比表面积为2600m2g-1[5]。石墨烯是目前发现最薄及强度最高的物质，断裂强度高达130GPa，杨氏模量约1.5TPa，具有优异的机械性能[6,7]。同时是目前已知最好的导热材料，热导率高达5300Wm-1K-1，远远高于
第1章绪论-3-金属类导热体[8]。此外石墨烯独特的电子结构，使得单层石墨稀在很宽的波段范围内光吸收只有2.3%，表现极好的透光性，透光率高达97.7%[9]。基于这些优异的物理化学性质使石墨烯在高性能锂离子电池、高导电复合材料、超级电容器、超灵敏传感器、射频晶体管、耐腐蚀材料等领域都具有巨大的应用潜力。1.1.2石墨烯的制备方法低成本规模化生产高质量的石墨烯，是进行石墨稀基础物理研究及组装石墨烯宏观材料的应用首先考虑的问题。自2004年石墨烯发现以来，科学家发展了多种石墨烯制备方法，常规制备石墨烯的方法如图1.3所示。主要有自上而下，及自下而上制备法，前者常见方法有：去角质剥离法制备少层或单层石墨烯，主要有化学氧化还原法、机械法、电化学剥离法等方法。后者常见方法有：CVD化学气相沉积法，SiC外延生长法等方法。图1.3石墨烯不同的制备方法，在产品的成本和质量方面的比较[10]Fig.1.3Comparisonamongwell-establishedmethodsforthepreparationofgrapheneinrespectofcostandqualityoftheproducts[10]机械剥离法，是Geim课题组2004年最先发展出来的石墨烯制备方法[1]。该
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯改善铜抗腐蚀性能（英文）[J]. 章海霞,马琼,王永祯,许并社,郭俊杰. 新型炭材料. 2019(02)
[2]基于电泳法的石墨烯涂层制备与摩擦学性能研究[J]. 洪红,陈苏琳,陈茜,张执南,沈彬. 摩擦学学报. 2018(04)
[3]铝合金低乙醇含量硅烷化处理技术的研究[J]. 张琳琳,王修春,牛玉超,伊希斌,潘喜庆,王金伟. 表面技术. 2015(05)
[4]铝合金表面缓蚀自修复疏水性膜层的制备与表征[J]. 潘晓铭,吴俊升,肖葵,高书君,裴礼鸿,田然,李晓刚. 金属学报. 2013(09)
[5]亲油性长链烷基硅烷功能化石墨烯的制备与表征[J]. 马文石,李吉,林晓丹. 功能材料. 2012(20)
[6]一种可分散性石墨烯的制备[J]. 马文石,周俊文. 高等学校化学学报. 2010(10)
[7]有机-无机自组装制备类荷叶结构超疏水涂层及其性能研究[J]. 狄志勇,何建平,周建华,孙盾,王涛. 无机材料学报. 2010(07)
[8]LY12铝合金表面电化学沉积制备DTMS硅烷膜及其耐蚀性研究[J]. 胡吉明,刘倞,张鉴清,曹楚南. 高等学校化学学报. 2006(06)
[9]金属表面硅烷化防护处理及其研究现状[J]. 刘倞,胡吉明,张鉴清,曹楚南. 中国腐蚀与防护学报. 2006(01)
[10]铝阳极氧化膜封孔技术之进展[J]. 朱祖芳. 电镀与涂饰. 2000(03)
硕士论文
[1]铝合金表面仿生石墨烯涂层制备与性能[D]. 张继佳.吉林大学 2015
[2]二氧化钛/石墨烯复合材料的制备与性能研究[D]. 郭声春.重庆大学 2015
[3]有机硅功能化石墨烯及其聚合物复合材料的制备和性能研究[D]. 王远.南京大学 2013
[4]改性石墨烯的制备及其超疏水性能研究[D]. 秦晓娟.兰州理工大学 2013
本文编号：3600048
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