神奇的石墨烯 化学系毕业论文

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1、哈尔滨师范大学学　年　论　文题目神奇的石墨烯学生指导教师年级2008级专业化学学系别化学系学院化学化工学学院哈尔滨师范大学年　　月论　文　提　要近年来石墨烯由于在众多高科技领域的潜在应用价值引起了人们的极大关注。它以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界都引起了轰动。在这样的研究背景下，回顾石墨烯的历史及性质，着重介绍石墨烯的制备和表征等方面了解石墨烯的研究现状，并通过评述石墨烯的合成、功能化以及近期应用概况，来进一步了解它的研究意义。展望了石墨烯的发展前景和研究方向，通过借鉴各种方法的优势，综合运用，可以制备单层、结构完整和高电导率的石墨烯，并进一步将其功能化，

2、拓展其应用领域并已取得较大的进展。在短短的几年间，石墨烯从一个新生儿快速成长为科学界的新星，自身优异的性能渐渐被发掘和开发，石墨烯作为很多领域非常有潜力的替代材料，还存在很多问题，有待我们共同进一步深入研究。神奇的石墨烯摘要：简要回顾了石墨烯的历史及性质，着重介绍了石墨烯的制备和表征方法。3年来，石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了轰动。引用大量最新的参考文献，介绍了石墨烯的研究现状，通过评述石墨烯的合成、功能化以及近期应用概况，展望了石墨烯的发展前景和研究方向，认为借鉴各种方法的优势，综合运用，可以制备单层、结构完整和高电导率的石墨烯，并进一步将

3、其功能化，拓展其应用领域并已取得较大的进展，这一途径被认为是石墨烯规模化应用的战略起点。关键词：石墨烯，功能化石墨烯，合成，性能，应用一研究背景近年来石墨烯由于在众多高科技领域的潜在应用价值引起了人们的极大关注。石墨烯是单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料[1]，是构建其他维度碳质材料(如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨)的基本单元。石墨烯的理论研究已有60多年的历史，而真正能够独立存在的二维石墨烯是2004年由英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim[2]等利用胶带剥离高定向石墨的方法获得，并发现石墨烯载流子的相对论粒子特性[3.4]。2007年，Meye

4、rl5甚至实现了将单个的片状石墨烯在空气中或真空中悬挂于微型支架上，从而引发了石墨烯的研究热潮。二研究意义石墨烯具有良好的导热性[3000W／(m·K)]、高强度(110GPa)和超大的比表面积(2630mZ／g)。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景[2书]。经研究发现，合成石墨烯的方法已有很多，例如微机械剥离、化学气相沉积、氧化一还原，以及最新溶剂剥离和溶剂热法，其中氧化一还原法以其简单和多元化的工艺，成为制备石墨烯及功能化石墨烯的最佳方法。近年来的研究表明，石墨烯的功能化解决了石墨烯自身难加工的特性，开拓了石墨烯

5、的应用领域，使其具有许多优异的力学、热学、电学和化学性能，引起了整个科学界的关注，取得了重大成果。本文着重介绍了几种制备石墨烯方法的优缺点并总结了这些方法的实质，为规模化制备高质量石墨烯提出了新思路，并引用了大量最新的参考文献介绍石墨烯的功能化和近期应用概况。三石墨烯的性质石墨烯除了有特殊的结构外，还具有一系列独特的性质。最显著的是它的导热性和机械强度。石墨烯本身就是一个良好的导热体，可以很快地散发热量，而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也非常少；而它的强度可以和碳纳米管相媲美，理想强度可达110--130GPa[6]。理想的单层石墨烯具有超大的比表面积(263

6、0m2／g)【7】，是很有潜力的储能材料；同时石墨烯又是一种非常优异的半导体材料【8．9】，具有比硅高很多的载流子迁移率(2×105cm2／V)，因为即使在室温下载流子在石墨烯中的平均自由程和相干长度也可为微米级。石墨烯还是目前已知在常温下导电性能最优秀的材料，电子在其中的运动速度远远超过了一般导体，达到了光速的1／300；这一特性使其在纳电子元件、传感器、晶体管及电池中有着巨大的应用前景。氧化石墨烯的表面改性。利用含有两个异氰酸酯基团的甲苯2，4-二异氰酸酯作为桥联剂将具有双亲功能的高分子接枝到氧化石墨烯的表面，从而获得了具双亲功能的氧化石墨烯。改性后的石墨烯能够同时在水

7、和有机溶剂中稳定地分散。四石墨烯的制备。以还原性较弱的乙醇和乙二醇为还原剂，分别利用醇热法和多元醇还原法，实现了对氧化石墨烯的选择性还原。经过乙醇和乙二醇处理后的氧化石墨烯，只有环氧基功能团可以被还原，而对羟基和羧基的还原效果则比较差。由于只是部分还原，氧化石墨烯的石墨化程度比水合肼还原的要低，因而醇还原后的石墨烯所具有的导电率介于氧化石墨烯和深度还原后的氧化石墨烯之间。基于石墨烯的纳米粒子复合物(1)在有机溶剂正己醇中，通过硝酸钴盐在氧化石墨烯表面原位分解成核形成Co3O4粒子，从而获得了氧化石墨烯-Co3O4复