目錄石墨烯高分子復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究摘要石墨烯是由一組碳原子組成的二維結(jié)構(gòu)。粒子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其獨(dú)特的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)成為研究的對(duì)象。制備現(xiàn)有石墨烯的方法包括機(jī)械去除和臨時(shí)外延增強(qiáng)方法。氧化還原，有機(jī)熔融，溶劑，蒸汽，氣體，口服石墨烯在電容器、鋰離子電池、納米復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文研究了一種通過(guò)空間還原制備石墨薄膜的新方法。本文以氧化石墨為原料制備了錘頭。制備的氧化石墨溶于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，DMF溶液溶于氧化石墨對(duì)比玻璃中。石墨烯的最佳氧化物是使石墨烯的比密度降低，從而獲得具有紅外光譜特性的石墨烯。關(guān)鍵詞：石墨烯；氧化石墨；電化學(xué)還原法目錄TOC\o"1-3"\h\u124781緒論 緒論1.1石墨烯概述石墨烯是一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)大平面上呈六邊形的碳原子組成。圖形由照片集創(chuàng)建[3]（圖1.1）,圖1-1它是所有碳產(chǎn)品的來(lái)源。石墨烯是石墨的一部分，然后是碳納米管，但舊理論認(rèn)為石墨烯只是一種結(jié)構(gòu)，不可能存在。]結(jié)果表明，由于熱不穩(wěn)定性，二維晶體在溫度和壓力下迅速耗散。不幸的是，2004年，曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和他的學(xué)生康斯坦丁·諾沃喬洛夫經(jīng)過(guò)多年的研究，想出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)去除病毒。石墨烯[5]富含碳，存在于石墨烯表面的許多突出成分中（圖1-2），圖1-2石墨烯表面的熱起伏由于表面有皺紋或其他顆粒，石墨的尺寸約為1納米。石墨烯是0.35nm的單維石墨，約為人類(lèi)頭發(fā)直徑的1%。石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，碳原子之間的相互作用比較簡(jiǎn)單，如果受到外力的攻擊就會(huì)被破壞和污染，因此碳原子不需要重組來(lái)匹配外力，以確保它。安心[6]。作為一種簡(jiǎn)單的材料，石墨烯具有許多良好的特性，例如，它的主要特點(diǎn)是電子以光速的三分之一傳播，已知元素之間的電場(chǎng)比平常更快。室溫下電動(dòng)機(jī)中的電場(chǎng)可以達(dá)到1.5x104m2·V-1·S-1[7]，是目前印度離子銻量的兩倍。硅半導(dǎo)體要大十倍以上。x105平方米v-1s-1。但它比被測(cè)材料強(qiáng)得多，容量高達(dá)130GB，比鋼高100倍，三相容量高達(dá)5000W-1K-1[8]。石墨烯還具有優(yōu)異的光學(xué)性能，理論實(shí)驗(yàn)表明，一層薄薄的石墨烯可以承受2.3%的光，或97.7%的漫射[9]。一個(gè)由石墨烯制成的比重為2600m2/g[10]的小容器可以捕獲任何疾病或病毒。此外，石墨烯還具有半數(shù)沖擊、永久空穴效應(yīng)、溫度效應(yīng)等一系列限制因素。1.2石墨烯的基本性能碳原子通過(guò)sp2化合物連接形成石墨，這是一種流行的原子單層。石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)賦予了它多種性能，包括：電性能、熱性能、機(jī)械性能、磁性能。1.2.1電子學(xué)性能四個(gè)原子在四個(gè)價(jià)帶的對(duì)稱(chēng)石墨六邊形圖。在石墨的頂部，每個(gè)碳都與三個(gè)碳原子結(jié)合，并且在一個(gè)碳原子的頂部有一個(gè)Pz電場(chǎng)。這為連接光電技術(shù)提供了獨(dú)特的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)材料相比，石墨具有不同于傳統(tǒng)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它有兩種錐形復(fù)合材料K和K0（見(jiàn)表1.3）。圖1-3單層石墨烯的電子結(jié)構(gòu)示意圖另外，由于其特殊的晶態(tài)和傳輸性質(zhì)，使得人們將其與常規(guī)的金屬材料區(qū)別開(kāi)來(lái)。石墨烯因其特殊的能量團(tuán)化特性，使其具有最佳的電流性能，已逐漸超過(guò)了常規(guī)的蠶絲設(shè)備，并有望取代硅。石墨烯因其特殊的構(gòu)造而有較高的拉伸性能。根據(jù)該性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)各種寬、邊的奈米電子元件的研制。1.2.2熱學(xué)性能Balandin等[12]利用無(wú)接觸式的光學(xué)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)石墨的熱傳導(dǎo)系數(shù)可達(dá)到5300wm-1k-1，比碳納米管的3000~3500wm-1k-1高，說(shuō)明了它是一種熱傳導(dǎo)器件。極富規(guī)劃潛能。1.2.3力學(xué)性能石墨烯晶體雙分子雙分子晶體具有高機(jī)械工程。使用自動(dòng)顯微鏡、掃描儀、顯微鏡、電子、隧道等。在石墨的頂層可以看到明顯的開(kāi)裂和損壞，不適合西北山區(qū)，遠(yuǎn)看影響很大。當(dāng)外力施加沖擊時(shí)，材料會(huì)自行分解崩解以承受外部壓力。因此，材料仍能保持穩(wěn)定的環(huán)境，表現(xiàn)出很強(qiáng)的石墨烯性能。1.2.4磁學(xué)性能據(jù)介紹，二烴和單烴石墨烯之所以能與其他磁場(chǎng)結(jié)合，是因?yàn)槠鋸澢倪吘壙梢援a(chǎn)生相似的電場(chǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，在特定電場(chǎng)下，納米材料的磁性會(huì)隨時(shí)間發(fā)生不同的變化。例如，在1T的磁場(chǎng)下，在T>90K時(shí)，納米照片顯示出磁場(chǎng)，即在低溫下，納米碳呈現(xiàn)出磁場(chǎng)的形式，而最高溫度則顯示出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。此外，不同部位的化學(xué)修飾和石墨烯修飾可以決定磁場(chǎng)，而石墨烯的銷(xiāo)售可以使其具有磁性。2實(shí)驗(yàn)部分2.1本論文的選題背景、目的和意義自2004年以來(lái)，GEIM團(tuán)隊(duì)一直在利用微機(jī)械廢物管理技術(shù)生產(chǎn)石墨烯薄膜，從而推動(dòng)了石墨烯的研究。石墨烯是迄今發(fā)現(xiàn)的最薄的兩種元素之一，由于其物理化學(xué)性質(zhì)、高能量、高電阻率、高溫度、特殊的裝飾等。因此，研究者們正試圖將石墨烯應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。石墨烯的制備方法有機(jī)械剝離法、SiC法、水熱法、溶劑熱法等。通過(guò)控制溫度，可以控制得到的石墨層的數(shù)量，且氣氛較厚，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊。針對(duì)這一問(wèn)題，采用簡(jiǎn)單的電子方法對(duì)薄膜的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了分析。主要特點(diǎn)包括：用Hammer公司制備了氧化石墨烯，并進(jìn)行了比較。采用反向伏安法對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原，可以得到合適的氧化石墨烯還原強(qiáng)度。在該電壓測(cè)量中，將玻璃與經(jīng)過(guò)石墨烯的樣品的暫時(shí)輸出電壓進(jìn)行比較。電子法制備石墨烯是一種簡(jiǎn)單、無(wú)害的制備石墨烯薄膜材料的方法。2.2實(shí)驗(yàn)試劑和儀器2.2.1主要試劑、材料和儀器實(shí)驗(yàn)中所用試劑如表2-1所示，實(shí)驗(yàn)中所用的主要設(shè)備及儀器見(jiàn)表2-2所示。表2-1實(shí)驗(yàn)所用試劑和廠(chǎng)家試劑名稱(chēng)純度/型號(hào)生產(chǎn)廠(chǎng)家天然鱗片石墨（NG）/北京化工廠(chǎng)濃硫酸（H2SO4）分析純北京化工廠(chǎng)硝酸鈉（NaNO3）分析純西隴化工股份有限公司高錳酸鉀（KMnO4）分析純北京化工廠(chǎng)雙氧水（H2O2）30%北京化工廠(chǎng)鹽酸（HCl）分析純北京化工廠(chǎng)氯化鋇（BaCl2）分析純北京化工廠(chǎng)去離子水（H2O）電導(dǎo)率1.6μS/cm自制N，N-二甲基甲酰胺(DMF)分析純北京化工廠(chǎng)表2-2實(shí)驗(yàn)所用裝置和廠(chǎng)家裝置/儀器名稱(chēng)型號(hào)生產(chǎn)廠(chǎng)家集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S河南省予華儀器有限公司磁力攪拌器2D267北京京偉欣業(yè)電器有限公司數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱GZX-9030MBE成都市蘇凈科學(xué)器材有限公司紫外可見(jiàn)分光光度儀UV759上海精密科學(xué)儀器有限公司高速臺(tái)式離心機(jī)TDL-40B成都名馳有限責(zé)任公司超聲波清洗器JK-50B合肥金尼機(jī)械制造有限公司電化學(xué)分析儀UI5022鄭州世瑞思儀器科技有限公司超純水機(jī)XYB2-10-H北京湘順源科技有限公司電子分析天平FA2104N上海旦鼎國(guó)際貿(mào)易有限公司傅里葉紅外光譜儀Nicolet6700美國(guó)Thermo公司2.3分析方法2.3.1循環(huán)伏安法（1）基本原理循環(huán)伏安法主要是通過(guò)增大有源電路和檢波器間的周期電勢(shì)差來(lái)測(cè)量有源電路上的電流和受壓。此周期電壓包含了氧氣波的波長(zhǎng)。極限波長(zhǎng)為在陰極上的電壓分布。在陽(yáng)電極和電氧化體中，采用了氧光纖來(lái)探測(cè)彎曲的電壓通路。通過(guò)成像可以測(cè)量出物質(zhì)的導(dǎo)電性能。在不能逆轉(zhuǎn)導(dǎo)電的情況下，可以忽視還原和氧化反應(yīng)的均衡。（2）循環(huán)伏安法的應(yīng)用介紹了一種新型的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法。但在定量研究中應(yīng)用較少。①電極倒置：回路伏安方法中，采用正負(fù)向周期的方法，通過(guò)峰值高度和反應(yīng)波形對(duì)稱(chēng)來(lái)估計(jì)電極的電勢(shì)，反應(yīng)性材料的倒置。若反演，則此曲線(xiàn)為上下對(duì)稱(chēng)，若不能逆轉(zhuǎn)，則為非對(duì)稱(chēng)性。②電子響應(yīng)率：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換并可以分析化學(xué)反應(yīng)、電吸附因子、化學(xué)反應(yīng)等樣品?？捎糜谘芯可矬w、生物體和生物體的化合物的氧化還原機(jī)理。2.3.2紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)它與紅外線(xiàn)光譜的基礎(chǔ)相似。用可見(jiàn)紫外線(xiàn)的頻率對(duì)樣品進(jìn)行分選，會(huì)使樣品發(fā)生電學(xué)上的變化，進(jìn)而決定了樣品的波長(zhǎng)，并通過(guò)不同的光譜來(lái)反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì)。在UV和可視區(qū)域，產(chǎn)物的密度與其密度直接相關(guān)，所以可以通過(guò)測(cè)定的頻譜進(jìn)行計(jì)算。在化學(xué)領(lǐng)域中，UV的平均電阻在0.2-0.8μm之間。該儀器能完成多種統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，確定“最終信號(hào)”頻率、頻率和分子量，以及測(cè)定先進(jìn)的物質(zhì)檢測(cè)、微量滴定、液相色譜、身份識(shí)別等方法。2.4實(shí)驗(yàn)步驟2.4.1氧化石墨的制備（1）將46ml硫酸倒入10℃以下加冰的涼干瓶中，加入2G片狀石墨和1gnanO3固體合金，用鋼絲攪拌器攪拌，然后逐漸加入6G以下的鉀。高錳酸鹽控制溫度低于20°C。(2)加入kmn04后，除去浴水，若溫度達(dá)到35℃，將溫度調(diào)至35℃左右，繼續(xù)攪拌30分鐘。(3)逐漸加入92毫升脫水水，繼續(xù)攪拌15分鐘。(4)然后加入142ml去離子水稀釋?zhuān)覝胤磻?yīng)12小時(shí)后加入一定量濃度為30%的雙氧水，以減少殘留的氧化空氣。(5)離心加熱得到黃棕色殘?jiān)?6)用5%的鹽酸溶液和水沖洗3次一次，將轉(zhuǎn)速調(diào)至4000轉(zhuǎn)/分，在紙上測(cè)pH值直到紙呈中性，確認(rèn)氯化鋇不含硫酸鹽。(7)最后將濾餅放入60℃的烘箱中徹底干燥后使用。2.4.2石墨烯薄膜的制備（1）切片與保存取導(dǎo)電玻璃的一側(cè)，用3cm玻璃刀將其切割，將1cm玻璃放在1cm濾紙上，然后清洗。特殊的清洗方法是將導(dǎo)光板上的光玻璃清洗干凈，然后用清水沖洗干凈，然后用15毫升酒精浸泡5分鐘，然后輸送15毫升的超聲波處理過(guò)的丙酮溶液5分鐘.將15ml蒸餾水超聲處理5分鐘并儲(chǔ)存在裝有蒸餾水的密閉燒杯中，然后儲(chǔ)存。（2）配置氧化石墨溶液石墨雖然具有親水性，但溶解性仍然很差。使用超聲波，可以產(chǎn)生氧化劑或膠原蛋白。N溶液給藥后，選擇N-二甲基甲酰胺（DMF）作為DMF，1mg/mL氧化石墨用于儲(chǔ)存。將水倒在玻璃杯上，讓其完全干燥，然后搖晃，倒入玻璃罐中，在烤箱中干燥，大約一個(gè)半小時(shí)后存放。（1）清洗鉑網(wǎng)操作如下：先測(cè)定硝酸、鹽酸和可溶性物質(zhì)的含量，然后按30：15：55的比例加入，再用鉑絲稀釋1分鐘。首先應(yīng)用1:1冷凍，超聲處理5分鐘，然后用1:1Nauthene/清水超聲處理5分鐘。最后，在清水中進(jìn)行超聲波清洗5min，然后存放在清水中。（2）準(zhǔn)備電極三電極系統(tǒng)工作極（美國(guó)）：玻璃頂部過(guò)去用GO-固定在直的玻璃表面上，上面用氧化石墨溶液清洗，三分之二的玻璃到處都是濕的，并干燥2小時(shí)，放入干燥容器中1小時(shí)并密封。對(duì)電極(M)：鉑電極(M)在超聲波清洗機(jī)中用蒸餾乙醇（比例1:1）、液態(tài)硝酸（比例1:1）和可溶性水清洗10分鐘。電極參考(RE)：完整的SCE甘油三酯在使用前必須儲(chǔ)存在KCl溶液中，并用可溶性水沖洗干凈。與電氣線(xiàn)束接觸的金屬應(yīng)定期清洗，以免損壞外殼，影響測(cè)試結(jié)果。（3）操作電壓范圍-1500mV-0mV，參考值10mV/s，范圍500μA，平均50mL，1.05mol/LTSP。（1）電極準(zhǔn)備同上。（2）操作將石墨烯氧化膜注入玻璃，與活性電極結(jié)合，KCl電解質(zhì)溶液為1.05mol/L，常用于1100mV。用紫外-可見(jiàn)分光光度法測(cè)定了石墨烯薄膜的層數(shù)。（1）準(zhǔn)備電極—鉑網(wǎng)、CuInS2薄膜、汞電極、碳棒電極（2）操作①銅電極、碳電極和CuInS2薄膜的汞電子具有三個(gè)電極系統(tǒng)。首先，在環(huán)境光照條件下，采用-1V-0.1V，測(cè)試速度為0.005V/s，電壓為0.1mL/LNa2SO4溶液，線(xiàn)性伏安法進(jìn)行測(cè)定。黑暗中的考驗(yàn)；②將0.004mg/mlgo溶液直接涂在上面測(cè)試的CuInS2薄膜上，1300mv5分鐘后干燥；③對(duì)獲得的玻璃②重復(fù)步驟①，并比較①和③。3結(jié)果與討論3.1石墨烯的電化學(xué)還原3.1.1石墨烯的循環(huán)伏安行為在-1500-0mV的電壓范圍下得到下圖，如3·1所示。圖3-1循環(huán)伏安圖，1、2、3表示第一、第二、第三圈從測(cè)試結(jié)果可知，最大的應(yīng)力只出現(xiàn)在循環(huán)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著研究次數(shù)的增加，還原率迅速下降直至完全消失，說(shuō)明氧化層的還原結(jié)構(gòu)無(wú)法改變。當(dāng)心。可以看到山頂。在1100m處的初始還原閾值上，隨著最大能量的增加，氧化層的降解速率也增加。平均而言，主要速度是平均值，即平均電流。由于負(fù)氫壓超過(guò)-1500mV，不建議在低電壓下還原石墨烯，因此最終測(cè)得的還原為-1000mV。3.1.2石墨烯的恒電位還原在-1000mV的電壓下還原氧化石墨烯，如下圖3-2所示。圖3-21h下恒電位還原圖上面的1小時(shí)響應(yīng)圖，從控制圖中可以看出，是在試圖加快這個(gè)過(guò)程，所以它表明石墨烯在下降。當(dāng)催化劑約3分鐘后，石墨呈黑色，說(shuō)明材料的含氧量較快。此外，當(dāng)溫度為131300和-900MV時(shí)，溫度降低，彎曲條件下石墨尺寸略有變化，動(dòng)力不足，最后還是想試試。3.2石墨烯的紅外光譜表征結(jié)果與討論圖3.3是石墨類(lèi)型的石墨、氧化石墨和石墨烯，石墨烯溫度在0.5h和1h。圖3-3石墨（a）、氧化石墨（b）、石墨烯（c、d）的紅外光譜在彎曲觀(guān)測(cè)中，A、B、C、D曲線(xiàn)分別在3430cm-1和1630cm-1左右，在平均旋轉(zhuǎn)方向上接近液態(tài)水-OH，而在1203cm-1處的彎曲似乎在扭曲,表明它沒(méi)有達(dá)到正確的水平。曲線(xiàn)C和D相似，但差異不同，表明氧化石墨烯在完全反應(yīng)后半小時(shí)內(nèi)大大減少。在B型和C型中，B型的最大強(qiáng)度大于C型。在1260厘米到1到1000厘米的范圍內(nèi)，這種石墨烯產(chǎn)品略顯臟。從控制面板可以看出，DMF-CH3電池C-D線(xiàn)上的C-D線(xiàn)具有較高的減震性，說(shuō)明該過(guò)程中沒(méi)有DMF殘留。雖然DMF比水溶液更易溶于一氧化碳，但它仍然對(duì)產(chǎn)品性能有影響。3.3石墨烯的紫外可見(jiàn)光譜測(cè)試結(jié)果與討論本文利用UV-V-V-Visual法測(cè)定了0.004毫克GO/mLDMF中電還原制備的石墨烯膜的厚度，得到的數(shù)據(jù)如下圖3.4所示。圖3-4氧化石墨（1）、石墨烯（2、3、4、5）的紫外可見(jiàn)分光譜圖圖1顯示了響應(yīng)前氧化石墨烯的測(cè)試結(jié)果。從上面兩張圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，石墨烯吸附劑的強(qiáng)度提高了，也就是湍流變差了，面積變小了。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)樣品的最終吸收率為2.45%，此時(shí)可見(jiàn)光強(qiáng)度為680nm，處于可見(jiàn)光區(qū)。試驗(yàn)和試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度為2.3%，即97.7%。由此看來(lái)，在玻璃中，石墨烯是很薄的。3.4CuInS2薄膜/石墨烯的光電效應(yīng)測(cè)試結(jié)果與討論圖3-51、2分別是CuInS2薄膜光照和暗處的反應(yīng)3.5分別是CuInS2/石墨烯光照和暗處的反應(yīng)CuInS2薄膜是一種新型的太陽(yáng)能電池，以其優(yōu)異的溫度條件而受到廣泛關(guān)注。本文對(duì)CuInS2薄膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)綜述，從圖3到圖5可以看出，石墨烯對(duì)CuInS2薄膜的成像效果比單獨(dú)使用CuInS2的要大。在可見(jiàn)光條件下，材料的厚度為2.3%，這樣電場(chǎng)就可以到達(dá)銅InS2的頂層。在漆黑的環(huán)境中，圖像的分辨率越來(lái)越低于視覺(jué)性質(zhì)。結(jié)論在本文中，石墨烯是通過(guò)減少電子量來(lái)制備的，通常用于制備和表征石墨烯薄膜。意見(jiàn)和建議如下：(1)溫度控制是HA-Mo生產(chǎn)氧化石墨的重要步驟。每個(gè)步驟都有一個(gè)恒定的溫度范圍，直接影響氧化石墨產(chǎn)品的純度和石墨烯的生產(chǎn)。(2)在石墨烯制備過(guò)程中，通過(guò)循環(huán)伏安法將石墨烯的最佳電化學(xué)還原電壓設(shè)定為11000mV。高能會(huì)產(chǎn)生氫氣，低能會(huì)影響產(chǎn)品。氧化石墨是一種可溶于N，二甲基甲酰胺的親水化合物。(4)基于紅外光譜，DMF分子容易儲(chǔ)存在樣品中，降低了樣品的純度。(5)從UV-Vis分光光度法的角度來(lái)看，雖然低濃度的氧化石墨提高了石墨烯薄膜的良率，但必須改善材料在玻璃表面的分布。(6)通過(guò)對(duì)CuInS2薄膜的測(cè)試，我們知道石墨烯薄膜又薄又堅(jiān)固，但對(duì)CuInS2薄膜還是有負(fù)面影響。一整個(gè)學(xué)期下來(lái)，我都覺(jué)得beta的版本太少了。比如，在反復(fù)進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)以后，就會(huì)出現(xiàn)周期電壓。也許沒(méi)有那么多的裝備和駕駛員，但是不管怎么說(shuō)，這樣做還是很劃算的。在電子器件中，常用的是玻璃炭電極來(lái)減少電流。這種方法在制作石墨烯膜時(shí)特別有用。參考文獻(xiàn)：[1]楊靜國(guó)，朱靜.聚合物/氧化石墨納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2007，34（9）：28～31[2]陳思明.新型石墨材料的制