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薄纸状氧化石墨和石墨烯的制备与表征 |
来源:中国粉体技术网 更新时间:2013-12-09 21:01:39 浏览次数: |
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2004年,Geim等采用机械剥离法制备了以sp2杂化连接的碳原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯。石墨烯的基本结构单元是苯六元环,其理论厚度仅为0.34nm。因此,石墨烯具有许多优良的物理化学性质,如强度是钢的100多倍,可达130GPa,载流子迁移率达15000cm2/(V·s),热导率可达5000W/(m·K)。另外,石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。
目前,石墨烯的制备方法主要有微机械剥离法,化学气相沉积法,化学氧化还原法,晶体外延生长法和溶剂热法几大类。其中,微机械剥离法可以制备微米尺寸大小的石墨烯,但可控性较低,难于实现大规模生产。晶体外延生长法由于SiC晶体的表面容易发生重构,以致难以获得大面积、厚度均一的石墨烯。化学气相沉积法(CVD)以金属单晶或金属薄膜为衬底,能生长出薄层石墨烯片层,但石墨烯纯度不高,且无法实现大规模生产。溶剂热法则因高温高压等苛刻条件,且产物导电率低等缺点,不具备大规模生产的可能。化学氧化还原法是通过Hummers法制备氧化石墨,再通过超声剥离和还原过程制备石墨烯。由于该法生产周期短,合成产量高等优点,得到了广泛的关注和研究。
武汉理工大学李赏等采用改性 Hummers法成功地制备了薄纸状氧化石墨片层,并以水合肼为还原剂将制备的薄纸状氧化石墨片层还原为石墨烯纳米材料。通过傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜等方法对合成产物的结构和性能进行了表征。结果表明:石墨烯的厚度为0.36nm,层数为3。另外,对改性Hummers法制备薄纸状氧化石墨的反应机理进行了初步探讨,并分析了石墨氧化过程中各个反应阶段发生的化学反应过程。
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