石墨烯基功能化复合材料的制备及其电学、吸波性能研究

发布时间：2017-08-15 13:18

  本文关键词：石墨烯基功能化复合材料的制备及其电学、吸波性能研究

  更多相关文章： 石墨烯 导电性 银纳米线 镍纳米球 金属氧化物 铜@镍核壳材料 复合材料 吸波性能

【摘要】：石墨烯是迄今为止发现的最薄的二维材料,是由碳六元环组成的二维周期性结构,在物理、化学等方面具有独特的、优异的性能,例如：优异的电导率、较高的比表面积、较高的抗拉强度、较高的光透过率、较高的稳定性等。但是不同制备方法得到的石墨烯在电学性能上存在较大差异,这是由石墨烯的结构、缺陷不同导致的,找出这种差异性是研究石墨烯碳材料的基础。石墨烯密度低、质量轻、稳定性好,可部分满足新型吸波材料“薄”、“轻”、“宽”、“强”的要求,是一种前景良好的电损耗型吸波材料。但石墨烯无磁性,阻抗匹配性差,为提高材料的吸波性能,可将其他纳米材料与石墨烯材料复合,以改善材料的阻抗匹配,增加磁损耗,拓宽频带并提高材料的吸波性能。石墨烯基复合材料因为结合了诸多材料的优点而成为研究热点。将其他物相分散到石墨烯中,既可有效防止石墨烯的团聚,又可同时保持石墨烯及其他物相的固有特性,并且二者间可产生新的协同效应,从而产生新的物理、化学特性,具有较高的应用价值。本文首先采用不同的方法制备石墨烯,考察不同石墨烯薄膜的电学性能差异,找出影响差异性的因素。通过硅烷偶联剂改性的丙烯酸树脂的加入,提高石墨烯基薄膜对玻璃基底的附着力,解决石墨烯基薄膜在实际应用中易脱膜的问题。实验表明石墨烯A、B、C薄膜的厚度分别为2.0、23.0、38.5μm,表面电阻的最小值分别为35.7、1591、7294Ω/sq。采用溶剂热法制备高长径比的银纳米线,将银纳米线与石墨烯复合得到银纳米线—石墨烯复合薄膜,并对该薄膜的导电性进行研究,考察银纳米线对此薄膜导电性产生的影响。采用原位还原法制备镍纳米球及不同镍含量的镍—石墨烯复合材料：RGO-Ni (Ni:63.2wt%)、RGO-Ni (Ni:13.7 wt%),并对复合材料的吸波性能进行研究,结果表明,复合材料具有明显的比纯石墨烯、纯镍纳米球更好的吸波性能,当吸收层厚度为2 mm时,RGO-Ni(Ni:63.2 wt%).RGO-Ni(Ni:13.7 wt%).纯石墨烯及纯镍纳米颗粒最低反射损耗分别为-15.2 dB、-11.5 dB.-6.11dB及-8.99 dB。增强的吸波损耗来源于材料对电损耗与磁损耗的有效结合及石墨烯与镍纳米粒子之间更多的界面损耗。为了进一步考察石墨烯基复合材料的吸波机理,利用不同方法制得MnO2/SnO2/Co3O4-石墨烯复合材料,研究发现,复合材料相比纯石墨烯也表现出更优异的吸波性能。当吸收层厚度为2 mm时,MnO2-石墨烯复合材料最低反射损耗达到-20.9 dB;SnO2-石墨烯复合材料最低反射损耗为-15.28 dB,C0304-石墨烯复合材料最低反射损耗为-7.3 dB,而纯石墨烯最低反射损耗为-4.5 dB。双金属合金纳米材料是微纳米核壳材料中较具代表性的一种。通过对核壳结构、尺寸剪裁,可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性能。本文制备了不同形貌、不同铜／镍原子比例的铜@镍核壳材料及铜@镍—石墨烯复合材料,并对以上材料的吸波性能进行研究。组成成分相同的铜@镍纳米线与纳米球的吸波性能具有较大差别,这源于二者不同的损耗机制。形貌相同的铜@镍纳米线及铜@镍纳米球吸波性能差别也较大,原因是不同组分间的协调效应不同。复合材料与纯石墨烯及纯铜镍合金相比并不具有加强的吸波性能,这源于二者间不好的阻抗匹配。
【关键词】：石墨烯 导电性 银纳米线 镍纳米球 金属氧化物 铜@镍核壳材料 复合材料 吸波性能
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-54
• 1.1 石墨烯概述12-28
• 1.1.1 石墨烯的研究历史12-14
• 1.1.2 石墨烯的结构与性能14-18
• 1.1.3 石墨烯的制备方法18-23
• 1.1.4 石墨烯的功能化23-25
• 1.1.5 石墨烯的应用25-28
• 1.2 纳米材料28-36
• 1.2.1 银纳米材料28-30
• 1.2.2 镍纳米材料30-31
• 1.2.3 铜纳米材料31-32
• 1.2.4 四氧化三钴(Co_3O_4)纳米材料32-33
• 1.2.5 二氧化锰(MnO_2)纳米材料33-35
• 1.2.6 二氧化锡(SnO_2)纳米材料35
• 1.2.7 核壳结构纳米材料35-36
• 1.3 石墨烯及石墨烯基复合电极材料36-43
• 1.3.1 石墨烯及石墨烯基透明电极概述36-38
• 1.3.2 几种典型的石墨烯及石墨烯基透明电极研究进展38-43
• 1.4 石墨烯及石墨烯基复合吸波材料43-52
• 1.4.1 吸波材料概述43-45
• 1.4.2 几种典型的石墨烯及石墨烯基复合吸波材料研究进展45-52
• 1.5 本论文的研究目的及研究内容52-54
• 第二章 不同方法制备石墨烯及其薄膜电学性能研究54-72
• 2.1 引言54-55
• 2.2 实验部分55-59
• 2.2.1 实验试剂55-56
• 2.2.2 石墨烯的制备56-58
• 2.2.3 石墨烯基薄膜样品的制备58
• 2.2.4 表征方法58-59
• 2.3 结果与讨论59-71
• 2.3.1 不同方法制备的石墨烯结构及形貌表征59-61
• 2.3.2 石墨烯基导电薄膜对玻璃衬底结合力分析61-62
• 2.3.3 硅烷偶联剂改性前后的丙烯酸树脂热分析62-64
• 2.3.4 不同石墨烯基丙烯酸树脂导电薄膜的红外分析64
• 2.3.5 不同石墨烯基丙烯酸树脂薄膜在不同退火温度下电学性能分析64-71
• 2.4 结论71-72
• 第三章 银纳米线-石墨烯复合薄膜及其电学性能研究72-84
• 3.1 引言72-73
• 3.2 实验部分73-76
• 3.2.1 实验试剂73-74
• 3.2.2 银纳米线悬浮液的制备74
• 3.2.3 石墨烯悬浮液的制备74
• 3.2.4 银纳米线—石墨烯薄膜样品的制备74-75
• 3.2.5 表征方法75-76
• 3.3 结果与讨论76-82
• 3.3.1 薄膜对玻璃衬底结合力分析76-77
• 3.3.2 硅烷偶联剂改性后的丙烯酸树脂热分析及红外分析77-79
• 3.3.3 拉曼分析79
• 3.3.4 银纳米线及银纳米线-石墨烯复合薄膜形貌分析79-81
• 3.3.5 银纳米线-石墨烯复合薄膜的导电性分析81-82
• 3.4 结论82-84
• 第四章 镍-石墨烯复合材料的制备及其吸波性能84-96
• 4.1 引言84-85
• 4.2. 实验部分85-87
• 4.2.1 实验试剂85
• 4.2.2 样品制备85-86
• 4.2.3 表征方法86-87
• 4.3 结果与讨论87-94
• 4.3.1 X射线衍射(XRD)分析88-89
• 4.3.2 拉曼分析89-90
• 4.3.3 形貌分析90-91
• 4.3.4 吸波性能分析91-94
• 4.4 结论94-96
• 第五章 不同形貌铜@镍-石墨烯复合材料的制备及其吸波性能研究96-118
• 5.1 引言96-97
• 5.2 实验部分97-100
• 5.2.1 实验试剂97-98
• 5.2.2 铜@镍核壳材料及铜@镍-石墨烯复合材料的制备98-100
• 5.2.3 表征方法100
• 5.3 结果与讨论100-117
• 5.3.1 不同实验参数对产物形貌的影响101-107
• 5.3.2 X射线衍射(XRD)分析107-109
• 5.3.3 形貌分析109-112
• 5.3.4 吸波性能分析112-117
• 5.4 结论117-118
• 第六章 金属氧化物-石墨烯复合材料的制备及其吸波性能研究118-131
• 6.1 引言118-119
• 6.2 实验部分119-122
• 6.2.1 实验试剂119
• 6.2.2 石墨烯及金属氧化物—石墨烯复合材料的制备119-121
• 6.2.3 表征方法121-122
• 6.3 结果与讨论122-129
• 6.3.1 X射线衍射(XRD)分析122-123
• 6.3.2 透射电镜(TEM)分析123-124
• 6.3.3 吸波性能分析124-129
• 6.4 结论129-131
• 全文总结与展望131-134
• 参考文献134-151
• 致谢151-153
• 攻读博士期间发表和撰写的论文153-155

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：678391