石墨烯基材料由于其優(yōu)異的性能,已經(jīng)被廣泛用于生物醫(yī)療、儲能、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。然而,由于石墨烯基材料制備工藝的不成熟,導(dǎo)致其片層大小不一,性能極其不穩(wěn)定,無法實現(xiàn)實際應(yīng)用。為了解決這一問題,科學(xué)家們試圖將石墨烯基材料的片層進行組裝,利用平均效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng),制備性能穩(wěn)定的石墨烯基組裝體。目前已經(jīng)實現(xiàn)了石墨烯基材料的零維、一維、二維和三維組裝。但現(xiàn)有的石墨烯基材料組裝方法很多都存在成本能耗高、批量化生產(chǎn)困難、制備重現(xiàn)性差的缺點。基于此,本文將微流控技術(shù)應(yīng)用于石墨烯基材料的組裝中,充分利用了微流控技術(shù)在材料組裝和精確化修飾方面的獨特優(yōu)勢,如流體精確操控、能耗低、可大批量平行制備等。最終,本文采用微流控技術(shù)簡易制備出5種不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的石墨烯基材料組裝體,并探究了它們在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。本文的主要研究結(jié)果如下:（1）基于共軸玻璃毛細管微流控,實現(xiàn)了零維球形GO基微馬達均一化、高產(chǎn)量的制備。通過調(diào)控GO基材料的濃度制備了不同形狀的微馬達,調(diào)控油相和GO基材料的流速制備了不同大小的球形微馬達。微馬達在H₂O₂驅(qū)動下的運動路徑和速度與H₂O... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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碳系家族成員示意圖

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文3其基本原理是在一種晶格結(jié)構(gòu)上通過晶格匹配制備出另外一種晶體，通過這種方法制備出的石墨烯具有較高的質(zhì)量和均一性，且能夠?qū)崿F(xiàn)大面積制備。金屬催化外延生長法是指在高真空條件下，將碳氫化合物氣體通入到具有催化性質(zhì)的金屬基底表面，氣體被吸附到金屬表面，再通過加熱使碳氫化合物催化脫氫就可以制備出石墨烯。由于氣體無法重復(fù)吸收，因此通過金屬催化外延生長法制備出的石墨烯多為單層。SiC外延生長法是指在高溫（1400℃以上）和超高真空環(huán)境下，使SiC中的碳硅鍵發(fā)生高溫裂解，硅原子會比碳原子更快地從基底上脫附下來，從而使表面滯留的碳原子發(fā)生重構(gòu)而形成石墨烯。總的來說，外延生長法可以制備出大面積和高質(zhì)量的石墨烯，但是該方法所需條件苛刻，成本較高。溶液剝離法：這種方法也可以叫作超聲輔助剝離法[26]，首先將石墨分散到DMF(N’N-二甲基甲酰胺)，NMP（甲基吡咯烷酮），ODCB（鄰二氯苯）等有機溶劑中，讓溶劑進入到石墨層間，之后通過超聲破壞石墨層間的范德華力，就可以實現(xiàn)層層剝離，制備出高質(zhì)量的石墨烯[27-30]。這種方法需要進行長時間的超聲，因此制備出的石墨烯尺寸較小，但是引入的化學(xué)缺陷較少。圖1-2表面活性劑存在（右下）和不存在（右上）條件下液相剝離過程示意圖[26]。Figure1-2Schematicdiagramoftheliquid-phaseexfoliationprocessofgraphiteintheabsence(top-right)andpresence(bottom-right)ofsurfactantmolecules[26].

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文4有機合成法：該方法試圖通過有機反應(yīng)來制備石墨烯[31]，由于多環(huán)芳香烴可以被視作石墨烯片層的一部分，因此如何制備出多碳原子的多環(huán)芳香烴成為了有機合成石墨烯的重點。Mullen等人通過Diels–Alder反應(yīng)和氧化脫氫環(huán)化反應(yīng)成功地制備出了具有222個碳原子的石墨烯片（圖1-3）[32]，之后又通過相似的方法制備出了石墨烯納米帶[33]，它的尺寸可達到12nm。對于更大尺寸的石墨烯的制備，由于有限的溶解性以及副反應(yīng)的存在，目前還是難以實現(xiàn)。但是該方法能夠明確定義石墨烯的尺寸，形狀和邊界結(jié)構(gòu)。圖1-3石墨烯有機合成過程示意圖。（A）石墨烯納米片（42個碳原子）[31]；（B）石墨烯納米片（222個碳原子）[32]；（C-D）石墨烯納米帶[33]。Figure1.3Schematicdiagramoftheorganicsynthesisforgraphene.(A)graphenediscwith42carbonatoms[31];(B)graphenediscwith222carbonatoms[32];(C-D)graphenenanoribbon[33].氧化石墨烯（GO）還原法：該方法是在GO的基礎(chǔ)上通過一系列的還原方法如化學(xué)還原[34-37]、熱還原[38,39]、電化學(xué)還原[40,41]、光還原[42-44]等脫除GO表面的含氧官能團，從而得到石墨烯。該方法操作簡單，成本低，有望實現(xiàn)大批量制備石墨烯�；瘜W(xué)還原主要是通過一些具有還原性的化學(xué)或生物試劑如水合肼、維生素C、氫碘酸、硼氫化鈉、對苯二酚、硫化氫、強堿、牛血清蛋白、谷胱甘肽、半胱氨酸等，以及一些還原性的金屬如鐵、銅、鋅等來對GO進行還原。熱還原是指在無氧條件下將GO加熱到一定溫度使含氧官能團分解，從而得到石墨烯。電化學(xué)還原法是通過在較負的電勢區(qū)間進行循環(huán)伏安來脫除含氧官能團。光還原是通過激光、紫外光、聚集的太陽光等來對GO表面進行照射，由于光熱效應(yīng)的存在，會使光照射的GO


本文編號：3376128