本文關鍵詞：超臨界二氧化碳體系中石墨烯的制備及其應用

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【摘要】：石墨烯是一種單層原子構成的材料,是目前已知的最薄、硬度最大的納米材料。作為一種新型材料,因其獨特的二維結構以及優(yōu)異的電學、力學等性能,在各個領域掀起了研究的熱潮,有可能成為引領多項產(chǎn)業(yè)革命的關鍵材料,在電子設備、航天材料、能源開發(fā)等領域擁有廣闊的應用前景。在本論文中,我們通過研究輔助插層劑在超臨界二氧化碳體系中對石墨烯剝離的影響,確定合適的輔助插層劑和剝離的最佳條件；然后通過一系列的表征手段,對剝離的產(chǎn)物進行分析；最后將剝離得到的石墨烯應用于染料敏化太陽能電池和阻變存儲器中。本論文的主要工作和實驗成果如下：(1)插層劑Dipp-PDI對石墨剝離的影響在溫度為40℃和壓強10 MPa條件下,取占石墨的質(zhì)量百分比分別為0.3%、0.5%、0.8%、1%、3%的N,N'-雙(2,6-二異丙基苯基)-3,4,9,10-傒四甲酰二亞胺(Dipp-PDI)依次進行剝離實驗,當加入的Dipp-PDI占石墨總質(zhì)量百分比為0.8%時,剝離得到的石墨烯濃度最高,約0.45 mg/mL.這說明在Dipp-PDI質(zhì)量占0.8%時,其能夠有效的參與到石墨的剝離中,并能夠提高剝離得到的石墨烯懸浮液的穩(wěn)定性。這與其分子之間的強烈的π-π作用有關,能夠有效的跟剝離出來的石墨烯結合,有效的防止石墨烯再次發(fā)生團聚而沉降。(2)溫度和壓強對剝離效果的影響在Dipp-PDI占石墨質(zhì)量為0.8%時,我們研究了在不同溫度和壓強下,對石墨烯剝離的影響。保持壓強10 MPa不變,溫度為40℃時剝離得到的石墨烯濃度最高,約為0.44 mg/mL；保持溫度40℃不變,隨著壓強的增大,剝離得到的石墨烯濃度逐漸增大,在20 MPa時剝離得到的濃度最高為0.48 mg/mL.考慮到實驗的易操作性和安全性,我們選擇15MPa作為最佳的剝離壓強,剝離得到的石墨烯濃度約為0.46 mg/mL。(3)石墨烯的尺寸、層數(shù)的表征通過對剝離得到的石墨烯進行離心制樣進行表征,AFM下可以得到剝離得到的石墨烯層數(shù)約為2-4層,樣品的尺寸約為幾百個nm到1μm,TEM能夠更清晰的看到石墨烯的分布、形狀,跟AFM結果一致；Raman拉曼光譜的數(shù)據(jù)顯示實驗得到的石墨烯缺陷較少,且2D峰峰強較高,說明剝離得到了層數(shù)較少、質(zhì)量較高的石墨烯；X射線衍射剝離得到的石墨烯的衍射峰強度明顯減弱,且在(002)的衍射峰20角度變小,說明石墨得到了較好的剝離。(4)石墨烯摻雜的染料敏化太陽能電池將實驗剝離得到的石墨烯按照不同的質(zhì)量百分比跟Ti02混合作為染料敏化太陽能電池(DSSC)的光陽極,制作的太陽能電池跟純Ti02染料敏化太陽能電池相比,電池的效率得到了顯著的提升。其中,當石墨烯所占質(zhì)量百分比為0.2%時,電池的轉(zhuǎn)換效率最高,為2.12,相比于純Ti02電池的轉(zhuǎn)換效率1.21,效率提高了75%,效果相當顯著。(5)石墨烯增強的POMA基阻變存儲器石墨烯增強的POMA基阻變存儲器,相比于純POMA的阻變存儲器,器件的性能也有很大的提高。石墨烯增強的POMA基阻變存儲器SET和RESET電壓明顯減小,也意味著功率的損耗減�。磺移骷谀途眯苑矫嬉灿酗@著提高,石墨烯增強的POMA基阻變存儲器在循環(huán)一百多次后仍然能保持開關比在102-103數(shù)量級,且在循環(huán)幾百次之后,器件雖然開關比減小,但并不會真正閉合,一直在102數(shù)量級左右,仍能進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。
【關鍵詞】：超臨界二氧化碳 石墨烯 插層劑 剝離 太陽能電池 阻變存儲器
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 主要符號表13-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 引言14-15
• 1.2 石墨烯概述15-18
• 1.2.1 石墨烯性能簡介15-17
• 1.2.2 石墨烯制備方法17-18
• 1.3 石墨烯的應用18-20
• 1.3.1 石墨烯染料敏化太陽能電池18-19
• 1.3.2 石墨烯增強的阻變存儲器19-20
• 1.4 超臨界剝離技術及課題的選取20-23
• 本章參考文獻23-28
• 第二章 實驗設備和測試分析方法28-38
• 2.1 實驗設備28-30
• 2.1.1 超臨界二氧化碳剝離系統(tǒng)28-29
• 2.1.2 真空干燥箱29
• 2.1.3 馬弗爐29-30
• 2.1.4 離心機30
• 2.2 測試分析方法30-36
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡30-32
• 2.2.2 原子力顯微鏡32-33
• 2.2.3 透射電子顯微鏡33
• 2.2.4 拉曼光譜33-34
• 2.2.5 紫外可見吸收光譜34-36
• 本章參考文獻36-38
• 第三章 超臨界二氧化碳體系中輔助插層劑對剝離石墨烯的影響38-62
• 3.1 實驗方法38-42
• 3.1.1 實驗材料38-40
• 3.1.2 具體實驗條件和剝離步驟40-42
• 3.2 輔助插層劑對石墨剝離的最優(yōu)條件分析42-51
• 3.2.1 Dipp-PDI、EH-3及TMN-3對剝離結果的影響42-49
• 3.2.2 壓強對剝離結果的影響49-50
• 3.2.3 溫度對剝離結果的影響50-51
• 3.3 石墨烯表征分析51-59
• 3.3.1 SEM51-52
• 3.3.2 AFM52-55
• 3.3.3 Raman光譜55-56
• 3.3.4 TEM56-57
• 3.3.5 X射線衍射57-59
• 本章參考文獻59-62
• 第四章 石墨烯的應用62-76
• 4.1 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽能電池制備及性能表征62-68
• 4.1.1 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽能電池62-63
• 4.1.2 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽能電池制備63-64
• 4.1.3 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽能電池性能分析64-68
• 4.2 石墨烯增強的POMA基阻變存儲器制備及其性能分析68-75
• 4.2.1 石墨烯增強的POMA基阻變存儲器的制備69-70
• 4.2.2 石墨烯增強的POMA基阻變存儲器的性能測試70-75
• 本章參考文獻75-76
• 第五章 結論76-78
• 致謝78-79
• 學位論文評論及答辯情況表79

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1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

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1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

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本文編號：772004