石墨烯纳米复合材料的制备及利用要点S.docVIP

石墨烯纳米复合材料的制备及利用 （姓名：路美荣 学号1208010423） 摘要：本文从石墨烯的定义，石墨烯复合材料的制备方法，以及在各个领域的利用方面来对石墨烯经行研究，描述。 关键词：石墨烯，氧化石墨烯，纳米复合材料，导电性能，石墨烯晶体。 1引言 碳是位于元素周期表的第6号元素，一种非金属元素，无臭无味的固体。无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚石和石墨。冶铁和炼钢都需要焦炭。在工业上和医药上，碳和它的化合物用途极为广泛是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯 2 准备方法 近年来，人们采用许多合成方法制备了石墨烯纳米复合材料，目前，石墨烯纳米复合材料主要包括石墨烯／聚合 物纳米复合材料和石墨烯／无机物纳米复合材料两类， 制备方法主要有化学剥离法、外延生长法、氧化还原法、微机械剥离法【3】 2．1化学剥离法 化学剥离法(chemicalexfohation)口前制备石墨烯最常用的方法是这种方法。在强酸溶液中石墨能与强氧化剂反应,被氧化后在石墨片层间插入拨基、轻基等原子基团,使石墨层间距变大变成氧化石墨。然后在微波、超声波和热膨胀等外界强烈作用下剥离得到氧化石墨烯,最后采用合适的还原剂还原得到石墨烯【14】。该法高效易行,成本低,适合大规模化制备石墨烯,但不足之处是制备的石墨烯往往是单层到多层的混合体,氧化石墨烯难以被充分还原而产生较多的缺陷,且不易控制石墨烯的尺寸和厚度,石墨经过强氧化剂完全氧化过后,并不一定能够被完全还原,导致其一些物理(尤其是导电性)、化学等性能下降【4】等。 2.2外延生长法 在碳化娃表面外延生长是一种非常理想的制备具有均一晶型尺寸石墨燏的方法。这主要是利用了在1200-160(rc高温下硅的升华速率比碳快的特点,在基底上残留的碳经重排而形成石墨稀。Shivaraman等利用真空、在14001的温度下经过化学机械打磨处理的4H-SiC面上得到外延生长的石墨稀。人们通常认为,由于P-SiC所具有的立方晶格,不适合作为石墨稀生长的基底。但是Aristov等成功地在P-SiC基底上得到了高质量的石墨稀。提出了一种在SiC(OOOl)面上制备石墨烯的方法,他们通过在氩气氛围下非原位煅烧得到了具有较好质量的石墨稀,这种方法与传统的真空条件制备是不一样的。最近,Bao等以商业用的多晶SiC晶粒而不是单晶的SiC作为基底。Claire等将SiC置于高真空(1.33xl(yiG p^), i300°C下,使SiC薄膜中的Si原子蒸发出来,生成连续的二维石墨稀薄膜,这种方法制备出来的二维石墨稀薄膜厚度仅为1?2碳原子层。这种连续的石墨稀烃薄膜材料与微机械剥离的石墨稀相比,其电子遵循狄拉克方程,具有高的载流子迁移率。但是总体而言,这些严格的制备条件,例如高温、高真空或惰性环境、单晶基底等使得这种技术的使用受到限制。Kim等[6]报道了用化学气相沉积法在单晶Ni表面外延生长制备出大面积的石墨稀薄膜,石墨稀的厚度可以通过改变单晶Ni的厚度来调控,最终所制得石墨稀的质量很高,其电阻低达280 光透过率高达80%,电子迁移率高达3700 cm2/V.s,此项研究成果为高质量石墨稀的大规模制备及其应用提供了现实依据【5】。 2.3微机械剥离法 我们知道石墨是由无数的单层石墨稀片层通过范德华力相互作用堆砲而成,所以只要破坏片层之间的相互作用力就可以得到单层的石墨稀片。其中最简单的破坏方法就是石墨炼的发现者Geim等人的微机械剥离法(Micromechanicalcleavage),它是通过机械力从新鲜石墨晶体表面直接剥离出单层石墨稀片。Geim他们首先用光刻胶将高定向热解石墨转移到玻璃衬底上,然后用透明胶带进行反复粘贴将高定向石墨剥离,然后将粘有石墨稀片的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声振荡。最后再将单晶桂片放入上述两酮溶剂中,单层石墨稀片就会因为范德华力或者毛细管作用吸附在单晶娃片上,从而成功制备出二维的石墨稀片层。Meyer等人用微机械剥离法制得了单层和双层石墨稀,并成功制备出有金属支架支撑的悬空的单层石墨稀,并用透射电镜观察了其形貌。Kim等人_将高定向热解石墨中提取的石墨样品安放到原子力显微镜的悬臂梁上,通过微调法向力和悬臂的扫描速度,可以将基底上的石墨样品切割到10