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《石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究 毕业论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究摘要:石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体,它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元,具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展,包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的碳!热潮。分析了近1年来发表在Science、Nature等期刊上的关于石墨烯的论文,对石墨烯制备、表征及应用方
2、面的最新进展进行了综述,并对各种制备技术及表征手段进行了分析评价。关键字:石墨烯,制备,表征,应用,石墨烯氧化石墨烯(GO)功能化石墨烯传感器碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料,它可以形成硬度较大的金刚石,也可以形成较软的石墨.近20年来,碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域,1985年发现的富勒烯[1]和1991年发现的碳纳米管(CNTs)[2]均引起了巨大的反响,兴起了研究热潮26.2004年,Manchester大学的Geim
3、小组[3]首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶体——石墨烯.石墨烯的发现,充实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系.石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的,其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,其理论厚度仅为0.35nm,是目前所发现的最薄的二维材料[3].石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元,可以翘曲变成零维的富勒烯,卷曲形成一维的CNTs[4-5]或者堆垛成三维的石墨(图1).这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象,使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质,如石墨烯的强度是已
4、测试材料中最高的,达130GPa[6],是钢的100多倍;其载流子迁移率达1.5×104cm2·V-1·s-1[7],是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍,超过商用硅片迁移率的10倍,在特定条件下(如低温骤冷等),其迁移率甚至可高达2.5×105石墨烯的热导率可达5×103W·m-1·K-1,是金刚石的3倍[.另外,石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Halleffect)[10]及室温铁磁性[11]等特殊性质.石墨烯的这些优异性引起科技界新一轮的“碳”研究热潮,已有一些综述性文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道.,本文仅根据现有的文献报道对石墨烯的制备
5、方法、功能化以及在化学领域中的应用作一综述26历史背景想象有那么一张单层的网，每一个网格都是一个完美的六边形，每一个绳结都是一个碳原子。这张网只有一个原子那么厚，可以说没有高度、只有长宽，是二维而不是三维的。这就是石墨烯，它是二维的碳，人类已知的最薄材料，一种正为物理学和材料学带来许多新发现的东西。 由于这种材料是从石墨中制取的，而且包含烯类物质的基本特征26——碳原子之间的双键，所以称为石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。层与层之间附着得很松散，容易滑动，使得
6、石墨非常软、容易剥落。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。 科学家在20世纪40年代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但在此后很长时间里，制取单层石墨烯的努力一直没有成功，有人认为这样的二维材料是不可能在常温下稳定存在的。2004年10月，发表在美国《科学》杂志上的一篇论文推翻了这种认知。在英国曼彻斯特大学工作的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用普通胶带完成了他们的“魔术”。他们用胶带从石墨上粘下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复粘上十到二十次之后，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层石墨烯。这个看上去非常简单、一
7、点儿也不高科技的方法，并不是他们的首创。在此之前就有人试过，但没能辨识出单层石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(AndreK.26Geim)等制备出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。 石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温
8、下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯在原子尺度上结
