高质量石墨烯制备与应用基础研究
石墨烯(graphene)是一种由单层碳原子通过Sp2杂化排列而成的二维蜂窝状结构晶体,具有高强度、高透光性、高导电性等优点,在传感器、半导体器件、透明导电薄膜等众多领域中具有广阔的应用前景。目前石墨烯通常采用化学气相沉积和氧化还原制备法制备,前者难于实现大规模工业化生产,后者所制备石墨烯缺陷较多,性能较差,而且制备过程对环境会产生污染,因此,急需研发一种新型可控制备高质量石墨烯的方法。<br>  本研究首先探索一种在液相中使用机械剪切力制备石墨烯的制备方法。将一定量的不同类型的石墨粉放入不同的溶剂中,采用实验室乳化机,系统探讨石墨...
石墨烯(graphene)是一种由单层碳原子通过Sp2杂化排列而成的二维蜂窝状结构晶体,具有高强度、高透光性、高导电性等优点,在传感器、半导体器件、透明导电薄膜等众多领域中具有广阔的应用前景。目前石墨烯通常采用化学气相沉积和氧化还原制备法制备,前者难于实现大规模工业化生产,后者所制备石墨烯缺陷较多,性能较差,而且制备过程对环境会产生污染,因此,急需研发一种新型可控制备高质量石墨烯的方法。
  本研究首先探索一种在液相中使用机械剪切力制备石墨烯的制备方法。将一定量的不同类型的石墨粉放入不同的溶剂中,采用实验室乳化机,系统探讨石墨烯和溶剂种类、剪切速度和时间对石墨粉的剪切剥离质量的影响规律及其机制,并通过石墨烯-液相表面能模型推导得出最佳剪切试剂甲基吡咯烷酮(NMP)。通过剪切模型以及对比不同剪切参数下石墨烯样品在试剂中的分散性能得出最佳剪切工艺参数:剪切速率10000rpm,剪切时间1-2小时。进而采用扫描电镜(SEM)、Raman光谱、透射电镜(TEM)和电性能测试等方法检测所制备石墨烯的质量。结果表明:采用剪切法可以实现少层石墨烯的可控制备,并且具优异的导电性能。与化学气相沉积和氧化还原两种传统石墨烯制备方法相比,剪切法具有成本低、环保和性能高和可以批量制备的优点,对于实现石墨烯的观法应用具有重要的意义。
  另外,本研究通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯,并使用硅烷偶联剂对其表面基团进行改性处理。使用改性氧化石墨烯作为环氧涂层的填料之一,系统探讨了改性石墨烯在防腐涂料中的应用,结果表明:环氧树脂粘度检测和SEM检测证实改性氧化石墨烯可以均匀分散在环氧树脂之中,并且不影响其主要性能;氧化石墨烯-环氧涂层结构平滑完整,证实氧化石墨烯的加入抵消了环氧涂层的固有孔洞,对涂层防止小分子污染物直接试件提供了保证;使用改性氧化石墨烯作为主要填料加进富锌环氧漆中。固化后涂层效果证实氧化石墨烯不影响富锌环氧漆的涂覆性能;耐摩擦实验和盐水浸泡实验证实氧化石墨烯强化-富锌环氧漆涂层耐磨强度和耐盐水浸泡能力对比单纯富锌环氧漆有了显著的提高;在不影响涂料性能的基础上,氧化石墨烯的加入不仅提高涂层的耐腐蚀能力,同时也在相当程度上减少了锌粉的用量,大幅度降低了石墨烯涂料的成本。
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作者: 张弘毅
授予学位: 硕士
学位授予单位: 东南大学
导师姓名: 郭新立
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: TQ127.11
在线出版日期: 2018年7月2日