本文關(guān)鍵詞：CVD法制備三維石墨烯的研究

  更多相關(guān)文章： 化學(xué)氣相沉積 三維石墨烯 轉(zhuǎn)移 碳源 模板

【摘要】：石墨烯是一種新型二維材料,由于其優(yōu)異物理化學(xué)特性和各領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,成為人們的關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu),使得它與傳統(tǒng)的電子裝置的架構(gòu)相兼容。三維石墨烯,擁有互連的三維的網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)異的機(jī)械柔韌性、大的比表面積、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及極高的導(dǎo)電性,成為最近該領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。在能源、環(huán)境、傳感和生物領(lǐng)域,將二維石墨烯組裝成三維結(jié)構(gòu)在基于石墨烯的材料的應(yīng)用中十分必要�；瘜W(xué)氣相沉積法(CVD)作為二維石墨烯的常用制備手段,也能被用于制備三維石墨烯中。CVD法的主要流程:通過(guò)高溫分解碳源,得到的碳原子在三維犧牲模板上沉積,并成核生長(zhǎng)成為石墨烯。再將犧牲模板刻蝕得到純凈的三維石墨烯。制備過(guò)程中主要使用氫氣和氬氣作為氣體氛圍,生長(zhǎng)溫度在正常制備2D石墨烯900-1100℃的范圍內(nèi)。刻蝕后的三維石墨烯在清洗之后,將被轉(zhuǎn)移到玻璃片或硅片上。對(duì)于制備得到的三維石墨烯,采用光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀、掃描電子顯微鏡以及四探針電阻率測(cè)試儀進(jìn)行各個(gè)方面的表征。CVD法制備三維石墨烯作為一種模板引導(dǎo)法,其三維結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠很好地繼承自模板,然而實(shí)際的制備中由于各種因素的影響,而導(dǎo)致其形貌出現(xiàn)變化。而這主要是由于轉(zhuǎn)移過(guò)程中造成的,所以轉(zhuǎn)移方法的研究著重于結(jié)構(gòu)的保持上。傳統(tǒng)的CVD使用氣體碳源,為研究不同碳源的對(duì)三維石墨烯影響的普遍規(guī)律,本文中使用固體碳源加以對(duì)比。本文中使用除了常用的成品鎳泡沫模板以外的半成品作為模板,由于模板對(duì)于三維石墨烯宏觀形態(tài)的改變顯而易見(jiàn),故研究不同模板對(duì)于微觀形貌的影響。本文主要針對(duì)CVD法制備三維石墨烯的過(guò)程,分別從轉(zhuǎn)移、碳源與模板三個(gè)大方面,深入研究其對(duì)于制備的三維石墨烯在結(jié)構(gòu)、形貌、成分、品質(zhì)以及性能上的影響。首先,本文探討了轉(zhuǎn)移方法對(duì)三維石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu)保持的重要作用。在探索使用不同碳源制備三維石墨烯的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)使用固體碳源制備的三維石墨烯無(wú)論在形貌、成分、品質(zhì)以及性能等方面都能和氣體碳源基本保持一致。最后,本文通過(guò)對(duì)成品鎳泡沫(Ni Foam)和半成品六水合氯化鎳(Ni Cl2·6H2O)還原模板的研究,表明雖然CVD法制備的三維石墨烯在宏觀結(jié)構(gòu)完全來(lái)源于模板,但在微觀上均是由石墨烯片層通過(guò)不同方式連接自支撐而成的。本文研究表明,優(yōu)秀的轉(zhuǎn)移方法可以很好地保持三維石墨烯繼承自模板的結(jié)構(gòu),同時(shí)使石墨烯具有較小的缺陷、高的品質(zhì),從而擁有較高的電導(dǎo)率。固體碳源相比氣體碳源擁有高的安全性,同時(shí)碳源的通用性拓展了CVD法制備三維石墨烯的應(yīng)用范圍。半成品模板的使用,使三維石墨烯能夠不通過(guò)加工和切割就能自由改變形狀。本文并由此進(jìn)一步改進(jìn)了CVD法,以高聚物與鎳粉(Ni Powder)復(fù)合物制備三維石墨烯。本文從不同角度研究了CVD法制備三維石墨烯的影響因素,極大地拓展了CVD制備三維石墨烯的使用范圍,對(duì)石墨烯的應(yīng)用具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：化學(xué)氣相沉積 三維石墨烯 轉(zhuǎn)移 碳源 模板
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(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3-4
• Abstract4-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 石墨烯的制備方法12-13
• 1.2 三維石墨烯結(jié)構(gòu)的制備13-18
• 1.2.1 在溶液中CMGs自組裝13-15
• 1.2.2 溶液中CMG衍生物的自組裝15
• 1.2.3 界面處CMGs的自組裝15-16
• 1.2.4 模板引導(dǎo)法16-17
• 1.2.5 CMGs溶劑熱反應(yīng)17-18
• 1.2.6 有機(jī)溶膠凝膠反應(yīng)18
• 1.2.7 光雕圖形化技術(shù)18
• 1.3.三維石墨烯結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用18-21
• 1.3.1 超級(jí)電容器19
• 1.3.2 可伸縮電子器件19-20
• 1.3.3 催化20
• 1.3.4 儲(chǔ)氫20
• 1.3.5 環(huán)境整治20-21
• 1.3.6 傳感器21
• 1.4 選題的目的與意義21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分23-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3 三維石墨烯的制備24-25
• 2.3.1 碳源的準(zhǔn)備25
• 2.3.2 模板的預(yù)處理25
• 2.3.3 金屬模板催化劑的刻蝕25
• 2.4 表征與測(cè)試方法25-27
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡25-26
• 2.4.2 Raman光譜26
• 2.4.3 四探針電阻率測(cè)試儀26-27
• 第3章 三維石墨烯模板的研究27-48
• 3.1 鎳泡沫（NiFoam）27-33
• 3.1.1 NiFoam制備三維石墨烯的影響因素28-30
• 3.1.2 NiFoam制備三維石墨烯的表征30-33
• 3.2 六水合氯化鎳（NiCl_2·6H_2O）33-40
• 3.2.1 NiCl_2·6H_2O的還原33-34
• 3.2.2 NiCl_2·6H_2O制備三維石墨烯的影響因素34-40
• 3.2.3 NiCl_2·6H_2O存在的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題40
• 3.3 模板區(qū)別的對(duì)比研究40-41
• 3.4 CVD制備三維石墨烯新方法41-47
• 3.4.1 NiPowder作為催化劑模板的可行性41-42
• 3.4.2 NiPowder與高聚物混合物制備42-43
• 3.4.3 生長(zhǎng)溫度的影響43-45
• 3.4.4 NiPowder與高聚物質(zhì)量比的影響45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 三維石墨烯碳源的研究48-73
• 4.1 氣體碳源48-53
• 4.2 固體碳源53-67
• 4.2.1 PVDF53-62
• 4.2.2 其他的高聚物62-63
• 4.2.3 PDA63-67
• 4.3 碳源區(qū)別的對(duì)比研究67-71
• 4.3.1 形貌分析67-69
• 4.3.2 Raman69-70
• 4.3.3 電學(xué)性能70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 第5章 三維石墨烯轉(zhuǎn)移的研究73-91
• 5.1 PMMA保護(hù)轉(zhuǎn)移73-81
• 5.1.1 PMMA保護(hù)的作用73-76
• 5.1.2 PMMA的去除76-81
• 5.1.2.1 丙酮刻蝕法76-77
• 5.1.2.2 高溫分解法77-81
• 5.2 無(wú)PMMA轉(zhuǎn)移81-86
• 5.2.1 填充液對(duì)石墨烯干燥的影響81-84
• 5.2.2 冷凍干燥法84-86
• 5.3 轉(zhuǎn)移方法對(duì)三維石墨烯的影響86-90
• 5.3.1 SEM86-87
• 5.3.2 Raman光譜87-89
• 5.3.3 電學(xué)性能89-90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-92
• 參考文獻(xiàn)92-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文與專利98-100
• 致謝100

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1 ;科學(xué)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(jìn)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(kāi)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

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

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(wàn)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

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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(qián)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(lè);;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(qián)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(shù)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(wú)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

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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(lái)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(guò)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

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛(ài)玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

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

6 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

7 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

8 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

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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

，

本文編號(hào)：783135