本文選題：石墨烯 + 常壓化學(xué)氣相沉積��； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：金屬材料作為常用材料之一,在基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸?shù)确矫嫫鹬陵P(guān)重要的作用。然而金屬腐蝕現(xiàn)象卻非常普遍,腐蝕行為會(huì)嚴(yán)重影響金屬的使用壽命,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)發(fā)展帶來(lái)巨大損失,甚至?xí){到人類的生命安全。因此,金屬腐蝕問(wèn)題成為現(xiàn)階段亟待攻克的重大難題。然而,傳統(tǒng)的防腐涂層大都耐溫性差,會(huì)改變基體的理化性能,無(wú)法滿足需求,故開(kāi)發(fā)超薄且不影響基體性能的防腐涂層已成為金屬防護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。石墨烯是單層或少層碳原子構(gòu)成的二維材料,是現(xiàn)階段已發(fā)現(xiàn)材料中最薄的。石墨烯獨(dú)特的六邊形蜂巢狀結(jié)構(gòu)賦予了它諸多優(yōu)異的性能,如很好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)良的抗透性和機(jī)械性能等。因此石墨烯有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防腐涂層成為新型的超薄防腐材料。CVD石墨烯雖然能在一定程度上保護(hù)金屬基底不被侵蝕,但會(huì)不可避免地存在孔洞、晶界等結(jié)構(gòu)缺陷,這些缺陷會(huì)削弱石墨烯對(duì)金屬的保護(hù)作用。因此,對(duì)石墨烯缺陷進(jìn)行鈍化處理,進(jìn)一步提高其耐蝕性能,可以實(shí)現(xiàn)石墨烯對(duì)金屬的完全保護(hù)。本文采用常壓化學(xué)氣相沉積法(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)在銅箔上制備石墨烯,并通過(guò)光學(xué)顯微鏡(Optical Microscope),掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy),高分辨率透射電子顯微鏡(High Resolution Transmission Electron Microscopy),拉曼光譜儀(Raman)及紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-visible absorption spectroscopy)對(duì)石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu)分析表征,探究反應(yīng)時(shí)間和甲烷流量對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響,找到APCVD制備石墨烯的最佳生長(zhǎng)條件。結(jié)果表明,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),石墨烯趨于連續(xù)且層數(shù)增加。反應(yīng)15 min時(shí),石墨烯的層數(shù)達(dá)到三層,繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間,層數(shù)不再增加,表現(xiàn)出一定的自限制性;當(dāng)甲烷流量很小時(shí),無(wú)法生成石墨烯,甲烷流量為2 sccm時(shí),石墨烯開(kāi)始生長(zhǎng),增大甲烷流量,石墨烯趨于連續(xù)且層數(shù)增加,甲烷流量增至10 sccm時(shí),得到連續(xù)的三層石墨烯,繼續(xù)增大甲烷流量,石墨烯的形核密度增大,其連續(xù)性變差。通過(guò)電化學(xué)法測(cè)試樣品在0.1 M NaCl溶液中的抗電化學(xué)腐蝕性能,研究了石墨烯對(duì)銅抗腐蝕性能的改善作用及其作用機(jī)理。結(jié)果表明,單層石墨烯由于自身缺陷及連續(xù)性差,對(duì)銅沒(méi)有保護(hù)作用,而連續(xù)少層石墨烯可以很好地保護(hù)銅不被腐蝕。其中,反應(yīng)時(shí)間為15 min,甲烷流量為10 sccm時(shí)制得的三層石墨烯因缺陷少、連續(xù)性較好,抗腐蝕性能最好,比純銅箔的抗腐蝕性能提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步采用原子層沉積法(Atomic Layer Deposition)在石墨烯表面沉積三氧化二鋁(Al2O3)鈍化顆粒,對(duì)石墨烯的缺陷進(jìn)行鈍化處理,研究其對(duì)石墨烯改善銅抗腐蝕性能的影響。結(jié)果表明,石墨烯鈍化處理后,石墨烯/銅樣品的抗腐蝕性能得到了顯著提高,單層、兩層、三層石墨烯/樣品的腐蝕電流密度比其鈍化處理前的依次降低了80%、88%、56%,電阻依次增大了67.6、34.3、6.1倍。因此,對(duì)石墨烯的缺陷進(jìn)行鈍化處理,有望實(shí)現(xiàn)石墨烯對(duì)金屬材料的完全保護(hù)。
[Abstract]:Metal materials, as one of the common materials, play an important role in infrastructure and transportation. However, the corrosion phenomenon of metal is very common. Corrosion behavior will seriously affect the life of metals, bring huge losses to the national economy and industrial development, and threaten the life safety of human beings. Therefore, metal corrosion is a serious problem. However, the traditional anticorrosion coatings are mostly poor in temperature resistance, which will change the physical and chemical properties of the matrix, and can not meet the needs. Therefore, the development of the anticorrosion coatings with ultra-thin and no influence on the matrix properties has become the development trend in the field of metal protection. It is the thinnest material found at the present stage. The unique hexagonal honeycomb structure of graphene has given it a lot of excellent properties, such as good heat, chemical stability, excellent anti permeability and mechanical properties. Therefore, graphene is expected to replace the traditional anticorrosion coating to become a new type of ultra-thin anticorrosion material.CVD graphene, although it can be in the same way. The metal substrate is not corroded to a certain extent, but it will inevitably have structural defects such as holes and grain boundaries. These defects will weaken the protective effect of graphene to metals. Therefore, the passivation of graphene defects can be passivated to further improve the corrosion resistance of graphene, and the complete protection of graphene to metals can be achieved. This paper uses atmospheric pressure chemistry. Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition is used to prepare graphene on copper foil, and through optical microscopy (Optical Microscope), scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy), high resolution transmission electron microscope (High Resolution), Raman spectrometer and The morphology and structure of graphene were characterized by ultraviolet visible spectrophotometer (UV-visible absorption spectroscopy). The effect of reaction time and methane flow on the growth of Shi Moxi was investigated. The optimum conditions for the growth of graphene by APCVD were found. The results showed that with the prolongation of the reaction time, the number of graphene tended to be continuous and the number of layers increased. At 15 min, the number of graphene layers reached three layers, continued to extend the time, the number of layers no longer increased, showing a certain degree of self limiting. When the methane flow was very small, no graphene was generated and methane flow was 2 SCCM, the growth of graphene began to grow, the flow of methane increased, the number of graphene tended to increase and the methane flow rate increased to 10 SCCM. The continuous three layers of graphene will continue to increase the methane flow, the nucleation density of graphene increases and its continuity becomes worse. The electrochemical corrosion resistance of samples in 0.1 M NaCl solution is tested by electrochemical method. The effect of graphene on the corrosion resistance of copper and its mechanism are studied. The results show that the single graphene is due to its own defects. And the continuity is poor and has no protective effect on copper, while continuous few layers of graphene can protect copper not to be corroded. Among them, the reaction time is 15 min and the methane flow is 10 SCCM. The three layers of graphene have less defects, better continuity, better corrosion resistance, and 1 orders of magnitude higher than that of pure copper foil. Atomic Layer Deposition (Atomic) deposited two aluminum (Al2O3) passivating particles on the surface of graphene, passivating the defects of graphene, and studying its effect on the corrosion resistance of graphite to improve the corrosion resistance of copper. The results showed that the corrosion resistance of graphene / copper samples was greatly improved after the passivation of graphene. The corrosion current density of layers, two layers, three layers of graphene / sample decreased by 80%, 88%, 56%, and the resistance in turn increased by 67.6,34.3,6.1 times. Therefore, the defects of graphene were passivated, and the complete protection of graphene to metal materials was expected.

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1861779