碳納米管(carbon nanotube,CNTs)是一種特殊的一維碳材料,可以看作是由石墨片沿著中心卷曲而成的中空納米管狀結(jié)構(gòu),石墨烯/碳納米管(G/CNTs)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)決定了其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,這也吸引了廣大科研人員的關(guān)注。氮原子具有比碳更帶小的原子半徑,以及氮原子的電負(fù)性(3.04)比C原子(2.55)更高,因此,氮原子可以作為電子供體以取代的方式對碳納米管和氧化石墨烯(graphene oxide,GO)進(jìn)行摻雜,從而改善CNTs和GO電學(xué)和光學(xué)等方面的性能。目前,氮摻雜碳納米材料通常是通過多步化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備的。這些氮摻雜石墨稀的方法通常需要較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)流程,并且一般需要較高的溫度,并且不容易得到高含氮量的N摻雜碳納米材料。特別是對于研究膜狀的摻雜石墨稀光電等性能時,在高溫下往往容易造成膜變脆而容易破裂,造成膜的不連續(xù),從而影響其研究。因此,探索一種簡單、低溫、高效且適合大規(guī)模合成N摻雜石墨烯基納米材的方法并對樣品性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的研究雖得尤為重要,也是當(dāng)前科研工作者急需解決的問題。在本論文中,我們研究了基于石墨烯量子點(diǎn)(Graphene Quantum Dots,GQDs)無催化劑一步制備碳納米管過程中影響碳納米管形貌和微結(jié)構(gòu)的因素。同時我們采用無催化劑的CVD方法一步制備出氮摻雜碳納米管。本方法不需要金屬催化劑、也不利用前驅(qū)體,且更簡單、更快速、生長時間短。本論文主要研究內(nèi)容如下:1、GQDs和GO的制備本章節(jié)詳細(xì)介紹采用氧化法制備石墨烯量子點(diǎn)樣品、和改進(jìn)Hummers方法制備氧化石墨烯的具體實(shí)驗(yàn)過程,給出實(shí)驗(yàn)所需原材料、實(shí)驗(yàn)所用試劑以及表征儀器,并且對GQDs和GO樣品的形貌及微結(jié)構(gòu)等表征做了簡單的介紹。2、基于石墨烯量子點(diǎn)的碳納米管的制備及性能研究本章節(jié)具體介紹了一種簡單的無催化方法制備出竹節(jié)型碳納米管,系統(tǒng)研究了基于石墨烯量子點(diǎn)無催化劑制備碳納米管過程中影響碳納米管形貌和微結(jié)構(gòu)的因素及其光致發(fā)光的光學(xué)性能研究。研究結(jié)果表明:由掃描電子顯微鏡(SEM)綜合分析可以得到,生長溫度為900℃時,更合適碳納米管的生長,制備的碳納米管質(zhì)量最佳;生長時間對制備的碳納米管的管徑有較大的影響,但是不會改變其基本形貌;乙炔氣體的流量對制備的碳納米管的形貌有著顯著的影響,當(dāng)乙炔流量為0.25 ml/min時,制備的碳納米管品質(zhì)較好。透射電鏡顯微鏡(TEM)顯示制備出的CNTs為竹節(jié)型碳納米管,在一定時間范圍內(nèi),隨著生長時間的增加,乙炔流量的增大,CNTs的管徑隨之遞增。光致發(fā)光(photoluminescence,PL)測試結(jié)果顯示,BCNTs樣品在292 nm、362 nm具有明顯的吸收峰,竹節(jié)型碳納米管(BCNTs)的近紫外區(qū)發(fā)光被認(rèn)為與GQDs的催化活性有關(guān)。因此,CNTs優(yōu)越的光學(xué)性能能夠使其在許多應(yīng)用中得到應(yīng)用,包括多色發(fā)光器件、生物應(yīng)用和光伏發(fā)電。3、基于石墨烯量子點(diǎn)的一步CVD法制備氮摻雜碳納米管的研究本章節(jié)具體介紹了一種簡單的、無催化劑的CVD法一步制備氮摻雜碳納米管的工藝裝置以及生產(chǎn)過程。本方法不需要金屬催化劑、也不利用前驅(qū)體,且更簡單、更快速、生長時間短。系統(tǒng)研究了基于石墨烯量子點(diǎn)無催化劑一步制備氮摻雜碳納米管過程中影響碳納米管形貌和微結(jié)構(gòu)的因素。研究結(jié)果表明:由SEM綜合分析可以得到,制備的氮摻雜碳納米管管徑分布均勻,為45-60 nm。拉曼光譜(Raman)和X射線光電子能譜(XPS)表征結(jié)果表明,N原子的摻雜破壞了CNTs原本的六邊形石墨結(jié)構(gòu),引起缺陷,從而導(dǎo)致其的晶化程度和熱穩(wěn)定性下降。4、氮摻雜氧化石墨烯薄膜的制備及其太赫茲性能研究本章節(jié)具體介紹了一種簡單的旋涂法制備氧化石墨烯薄膜,對GO薄膜進(jìn)行光化學(xué)氮摻雜,并探究了NGO薄膜在太赫茲波段的響應(yīng)。SEM表征結(jié)果顯示,NGO薄膜呈卷曲片狀結(jié)構(gòu),且是由大量的單層氧化石墨烯堆積而成的多層氧化石墨烯。摻雜前后樣品的XPS表征表明,與原始GO薄膜比較,在NGO薄膜樣品中氧的含量明顯下降,且出現(xiàn)了明顯的氮峰,同時對N元素的鍵型進(jìn)行了詳細(xì)的分析。THz-TDS測試中頻域圖譜結(jié)果顯示,隨著氮摻雜時間的變化,NGO薄膜出現(xiàn)了明顯太赫茲吸收,而rGO薄膜的太赫茲波段頻域圖譜保持穩(wěn)定狀態(tài),沒有特征頻率下的吸收。
【學(xué)位單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O484
【部分圖文】：

物材料的制備及其應(yīng)用不斷推動著科技的發(fā)展和不年日本科學(xué)家 Iijinma[4]發(fā)現(xiàn)碳納米管（carbon nanotube備出石墨烯（graphene）[5]以來，由于二者優(yōu)異的電學(xué)晶體管、場致發(fā)射裝置、儲能材料、復(fù)合材料、生物述特殊的一維碳材料，可以看作是由石墨片沿著中心卷根據(jù)石墨片的層數(shù)可以分為單壁碳納米管和多壁碳納-2 nm，長度分布在 0.2-50 μm 范圍內(nèi)，而科學(xué)家 Iijin 2-25 nm，長度分布在 0.1-50 μm 范圍內(nèi)[10]。

三聚氰胺與 FeCl3物質(zhì)的量比為 4 時制備出品質(zhì)高的過程中進(jìn)行氮原子摻雜外，通過后處理的方法，在含氮的可制備出氮摻雜碳納米管。如等離子體、水熱、球磨等。米材料的應(yīng)用于其獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)是一種很有發(fā)展前景的和碳納米管復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛（圖 1.2）。它們和高機(jī)械強(qiáng)度等性能。由于它們的小直徑和高縱橫比，它體現(xiàn)是它們在平板顯示器上的應(yīng)用。米管在聚合物復(fù)合材料中作為填料具有廣闊的應(yīng)用前景。纖維和用于防靜電的炭黑。它們還可以作為導(dǎo)電聚合物的碳納米管用于導(dǎo)電環(huán)氧聚合物和聚乙烯醇(PVOH)基體的度和導(dǎo)電性。納米管的高剛度和斷裂應(yīng)力也使其也適用于

廣西師范大學(xué)碩士學(xué)位論文管復(fù)合材料可以作為鋰離子電池的電極材料，需要在電極材料中嵌入作為電化學(xué)電容器的電極材料，而電化學(xué)電容器需要很高的比表面積材管可以作為單個分子用于微型化電子器件的元件中。氧化石墨烯薄膜的概述是一種由碳原子以 sp2雜化軌道構(gòu)成的蜂窩狀的二維碳納米材料。氧化 oxide，GO）是典型的石墨烯的氧化物，具有獨(dú)特的二維片層結(jié)構(gòu)[48]，.3 所示[49]。氧化石墨烯具有石墨烯類似的優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)。由于氧化大量的含氧官能團(tuán)，如羥基、羧基以及環(huán)氧基團(tuán)等，因此在電學(xué)方面被。GO 分散性好，不僅在水中容易分散，而且能分散在許多的溶劑中，。此外，在適當(dāng)?shù)臈l件下，GO 中的含氧官能團(tuán)能通過氫鍵、共價鍵、用和其他物質(zhì)相結(jié)合，為薄膜的制備提供條件[50]。研究表明，對氧化石可以有效的改變其電子結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控材料的光電性能[51]。
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本文編號：2853659