本文關(guān)鍵詞：石墨層間化合物剝離制備石墨烯及其性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯(graphene)是研究人員發(fā)現(xiàn)的第一種二維原子晶體,這種單原子厚度的碳元素結(jié)構(gòu),將極強(qiáng)的機(jī)械性能、異常高的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率以及其它優(yōu)異的特性結(jié)合在了一起,這使得石墨烯在諸多應(yīng)用領(lǐng)域都引起了研究者的高度重視。近十年來,石墨烯制備方面的研究工作已進(jìn)有了很大突破,但是大規(guī)模、工業(yè)化制備石墨烯仍然存在諸多問題。氧化還原法可以制得公斤級(jí)的石墨烯,但是氧化還原過程會(huì)在片層中引入含氧基團(tuán)以及缺陷,造成石墨烯導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能的降低。本論文中,我們介紹了一種新的制備石墨烯的方法,以石墨層間化合物(Graphite intercalation compounds, GICs)為前驅(qū)體,通過高溫?zé)崤蛎浿苽涫┍∑�。我們使用氯化鋁與氯化鐵作為共插層劑,以天然石墨為原料制備GICs,氯化鋁在較低溫度下即可氣化,氯化鐵可以為插層反應(yīng)提供氯氣來源,使用二者作為共插層劑能夠在較為溫和的條件下制得GICs。研究發(fā)現(xiàn)：氯化鋁無法單獨(dú)作為插層劑插入石墨的片層間；同時(shí)使用氯化鋁與氯化鐵,插層溫度180 ℃以上即可成功制得GICs,并且隨著溫度的升高,得到GICs產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有所差別；200℃左右,插入石墨層間的主要是氯化鋁,并且在清洗過程中,氯化鋁與水的劇烈反應(yīng)會(huì)破壞石墨片層的規(guī)整結(jié)構(gòu)；250℃以上制得的GICs,插層劑主要是氯化鐵,可以形成規(guī)整的一階插層結(jié)構(gòu)。之后,我們以200 ℃制得的GICs為原料,使用馬弗爐高溫?zé)崤蛎浿苽涫Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn),熱處理溫度為500℃,產(chǎn)物只會(huì)發(fā)生插層劑的氣化脫除；當(dāng)熱處理溫度超過800℃C時(shí),插層劑短時(shí)間迅速氣化脫除,蒸汽壓超過了片層間的作用力,產(chǎn)物會(huì)發(fā)生明顯的體積膨脹,片層間距明顯增大,形成類似于蠕蟲狀的結(jié)構(gòu),經(jīng)過短時(shí)間、低功率的超聲清洗處理,即可得到片層尺寸10μm以上、片層厚度2-8nm的石墨烯納米薄片。隨著熱膨脹溫度的升高,制得產(chǎn)物的片層厚度由集中于5 nm以上逐漸降低為2-4 nm。該方法制得的石墨烯薄片,片層間仍然殘留有一定量的過渡金屬化合物,會(huì)對(duì)石墨烯的性能產(chǎn)生影響。本課題的創(chuàng)新點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)了一條新的制備石墨烯的路徑,該路徑不需要使用強(qiáng)氧化劑對(duì)石墨進(jìn)行處理,天然石墨經(jīng)過插層、熱膨脹以及簡(jiǎn)單的超聲處理即可制得片層尺寸較大的石墨烯納米薄片,并且制得的石墨烯的片層尺寸可以達(dá)到幾十微米。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 石墨層間化合物 熱膨脹 氯化鋁 氯化鐵
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 引言16
• 1.2 石墨烯16-23
• 1.2.1 石墨烯的研究歷史16-17
• 1.2.2 石墨烯的形態(tài)與結(jié)構(gòu)17-19
• 1.2.3 石墨烯的電子特性19-20
• 1.2.4 石墨烯的機(jī)械性能20
• 1.2.5 石墨烯的光學(xué)特性20-21
• 1.2.6 石墨烯的熱學(xué)性質(zhì)21-23
• 1.3 石墨烯的制備方法23-28
• 1.3.1 機(jī)械剝離法23
• 1.3.2 氧化還原法23-24
• 1.3.3 化學(xué)氣相沉積法24-25
• 1.3.4 化學(xué)剝離法25-26
• 1.3.5 外延生長(zhǎng)法26-27
• 1.3.6 超臨界流體剝離法27-28
• 1.4 石墨層間化合物28-31
• 1.4.1 研究歷史與現(xiàn)狀28-29
• 1.4.2 結(jié)構(gòu)與形成機(jī)理29-30
• 1.4.3 石墨層間化合物的制備30-31
• 1.5 本課題的研究目的、意義及研究?jī)?nèi)容31-34
• 1.5.1 課題研究的目的31
• 1.5.2 課題研究的意義31-32
• 1.5.3 本課題的研究?jī)?nèi)容32-34
• 第二章 石墨層間化合物的制備34-48
• 2.1 前言34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)中用到的試劑與儀器34-35
• 2.3 樣品的制備與表征35-36
• 2.3.1 石墨層間化合物的制備35
• 2.3.2 樣品的表征35-36
• 2.3.2.1 X射線衍射(XRD)分析35
• 2.3.2.2 拉曼(Raman)光譜分析35-36
• 2.3.2.3 掃描與透射電子顯微鏡分析36
• 2.3.2.4 X射線電子能譜(XPS)分析36
• 2.4 結(jié)果與討論36-47
• 2.4.1 使用氯化鋁插層制備GICs36-37
• 2.4.2 使用氯化鐵插層制備GICs37-40
• 2.4.3 使用氯化鋁與氯化鐵插層制備GICs40-47
• 2.5 本章小結(jié)47-48
• 第三章 熱膨脹法制備石墨烯及其性能研究48-66
• 3.1 前言48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)中用到的試劑與儀器48-49
• 3.3 樣品的制備與表征49-51
• 3.3.1 石墨層間化合物的制備49
• 3.3.2 石墨烯的制備與測(cè)試樣品的制備49-50
• 3.3.2.1 熱膨脹制備石墨烯49
• 3.3.2.2 測(cè)試樣品的制備49-50
• 3.3.3 樣品的表征50-51
• 3.3.3.1 X射線衍射(XRD)分析50
• 3.3.3.2 拉曼(Raman)光譜分析50
• 3.3.3.3 掃描與透射電子顯微鏡分析50
• 3.3.3.4 XPS與AFM分析50
• 3.3.3.5 樣品的電導(dǎo)率測(cè)試50-51
• 3.4 結(jié)果與討論51-64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第四章 結(jié)論部分66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-74
• 學(xué)術(shù)成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-76
• 作者及導(dǎo)師簡(jiǎn)介76-78
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書78-79

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

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6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)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(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)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(yīng)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(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

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1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'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(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[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(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[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(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)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(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)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(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)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(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

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1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);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(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)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(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

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1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

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4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

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7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);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(xué);2015年

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

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

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

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);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(xué);2012年

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

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

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