石墨烯及氧化石墨烯制备与性能研究

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1、专题1：石墨烯及氧化石墨烯制备与性能研究2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学两位俄裔物理学家——安德烈·海姆和康斯坦丁·肖洛夫，以表彰他们有关二维材料石墨烯的开创性实验。石墨烯是普通碳元素的平面薄层结构，只有一个原子的厚度，这种结构的碳具有异常完美的，起源于量子物理学奇异世界的特性。瑞典皇家科学院向大众介绍石墨烯的通报中说道：“它是完全新的材料，不仅最薄，而且最强，作为电导体，它的导电性能像铜那么好；作为热导体，它胜过目前已知的所有其他材料。它几乎完全透明，但又稠密的最小的气态原子，哪怕是氦都无法穿越。碳是地球上所有生命的基础，却又再一次让我们大为惊奇

2、”。提到石墨烯，不得不提它略带神奇的发现过程，当时海姆提供给来自中国的博士生姜达一小片几毫米厚、直径1in的热解石墨，建议他用抛光机做成石墨薄膜，几个月后姜达宣布达到了最低的厚度，大约有10um厚，太厚了，海姆建议他试试更细的抛光液，结果，姜达把整个石墨片都抛光了，一位来自乌克兰的同事奥勒格插嘴说，为什么不用透明胶带剥取石墨片，海姆立刻用显微镜观察用胶带剥取下的石墨残片，发现比姜达抛光的薄膜还要薄。海姆这才意识到用抛光机有多么愚蠢。海姆和肖洛夫商量，决定检测透明胶带剥下的石墨碎片的电学性能，没想到奇迹出现了，他把放在硅基上的石墨碎片置于显微镜之下观察干涉条纹，

3、竟然显示出碎片是透明的。接着，他用银粉漆给石墨碎片安上电极，惊奇的发现，这些碎片高度导电，显示出非常明显的电场效应。几个月后，他们已经用光学显微镜和原子显微镜确证单层石墨烯的存在。他们还发现，一经离析出来的石墨原子平面在普通环境下条件仍然稳定，并且保持连续和导电。在电子显微镜下的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14nm。石墨烯具有独特的电子输运性质，且在室温下石具有半整数量子霍尔效应，可以作为研究相对论量子现象的实验平台。石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体或是半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300，正因如此，石墨烯拥有超强的导电性。每

4、每谈到石墨烯，人们往往感叹中国人因此失去了获得诺贝尔物理学奖的机会。然而，每一个看似偶然的结果之后往往有其必然的因素。姜达用抛光机无法抛出极薄的石墨，却没有及时思考改变试验方法，而是轻易放弃。这获奖的机会，只能是拱手相让于人了。石墨烯一经发现，引起一股极大的研究风潮。（1）武汉理工大学的吕翔及其导师吴力立使用改进的Hummers法和超声剥离法制备氧化石墨烯，再使用化学还原法制备出石墨烯。在此过程中使用聚丙烯酰胺（PAM）对氧化石墨烯进行接枝，然后还原PAM接枝的氧化石墨烯获得PAM改性的石墨烯产物，通过TEM、红外光谱和拉曼光谱等测试手段对产物结构及其在水中的

5、分散性做了系统的表征，证明所制石墨烯的片层数量少于8层，证明了对改性石墨烯的成功制备以及在水中的分散性的提高。在制备石墨烯过程中，使用KH-560对石墨烯进行表面亲油改性，显示出石墨烯对环氧树脂的电学性能改善，与乙醇的相容性大大改善。获得了稳定的改性石墨烯。（2）合肥工业大学的王申竹研究员及其导师王平华教授研究氧化石墨烯功能化改性。采用相转移催化（PTC）合成了一种带羟基的二硫代酯类RAFT试剂，PTC法的反应时间缩短，产率提高一倍，利用PTC法高产率合成了另外两种不同的二硫代酯类和RAFT试剂，研究了三种不同催化剂对产率的影响，研究表明，采用TBAB时，产物

6、易于提纯，产率最高，反应时间最短，为高效率合成RAFT试剂提供了一种新方法。同时，用改进的Hummers法制备氧化石墨，采用过量TDI与GO表面羟基反应，在GO表面接枝PS改善氧化石墨烯在有机溶剂中的分散稳定性。（3）电子科技大学的孙昊和曾葆青教授则研究了石墨烯的尺寸控制研究，系统地研究了两种原材料不同的石墨烯制备方法，并使用透析技术对除酸过程进行了改进，提高实验效率，采用不同原材料，通过化学氧化插层、热膨胀、沉降并还原的过程对氧化石墨烯的层数进行了控制，通过差速离心法，对氧化石墨烯的尺寸进行了控制筛选，利用电泳法在ITO玻璃基底上制备FED荧光屏，通过与重力

7、沉淀法的对比，证实了其良好的致密性、均匀性和亮度稳定性。参考文献：1、《2010诺贝尔物理学家——二维材料石墨烯》清华大学出版社2、《石墨烯的制备及高分子改性》武汉理工大学吕翔3、《氧化石墨烯功能化改性》合肥工业大学王申竹4、《石墨烯的尺寸控制研究》电子科技大学孙昊5、专题2：量子剪裁研究稀土元素由于其独特的电子层结构及物理化学性质而被广泛的应用与传统材料改性和新材料的开发研究中，稀土离子在真空紫外范围（VUV）内光谱性质的研究越来越受到重视。目前对掺杂稀土元素的各种材料的研究已经深入到了现代科学技术的各个领域，包括光学、电子、磁学、原子能等。真空紫外发光材料

8、是一种位于100~200nm范围内的真