石墨烯大規(guī)模機械剝離制備和石墨烯高性能發(fā)聲器.pdf

1、石墨烯，(Graphene)是一種碳質(zhì)新材料，它是由碳原子緊密堆積成的具有二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的單層石墨，具有超薄、超輕、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的室溫導熱和透光性等特點，應用非常廣泛，發(fā)展前景巨大。作為高性能的新材料，石墨烯未來可被廣泛應用于新能源汽車、電子信息、高性能復合材料、生物醫(yī)藥、航空航天等領域。自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來，在學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都引起了廣泛的關(guān)注和研究。然而，所有應用的實現(xiàn)都是建立在高品質(zhì)的材料基礎上，因此如何解決石

2、墨烯材料的大規(guī)模制備以及如何實現(xiàn)和實際應用的緊密結(jié)合是需要長期探討的課題。
　　本論文圍繞石墨烯粉體的大規(guī)模無損制備，石墨烯在聲學領域的應用，以及如何解決銅箔品類在制備大面積石墨烯薄膜的限制等方面展開了一系列研究。本論文的主題包括五部分內(nèi)容:第一章為緒論部分，這一章主要介紹了石墨烯的基本結(jié)構(gòu)，基本性質(zhì)，基本類別，表征方法和應用等，并闡述了本論文的選題背景和研究內(nèi)容;第二章分析了通過正壓退火銅箔的方式可以使制備大面積石墨烯的銅箔品類

3、擴大;第三章論述了機械剝離法宏量制備石墨烯的方法，并提出了實現(xiàn)規(guī)模化的路徑;第四章展示了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯的制備及其在聲學領域的應用;第五章是對現(xiàn)有工作的總結(jié)和未來努力方向的展望。第二章至第四章的內(nèi)容具體如下:
　　第二章:在本章中，我們提出了一種通過正壓條件下退火銅箔基底可以使多種銅箔可用于制備大面積石墨烯薄膜的方法。我們的結(jié)果顯示，正壓條件下退火后的銅箔基底，在制備大面積石墨烯薄膜時對正壓退火的壓強和退火時間比較敏感，而退火的溫度

4、、氣體比例、溫度、生長壓強都可以在一個較大范圍內(nèi)調(diào)整，普適性比較好。解決了制備大面積銅箔基底石墨烯時銅箔品類受限問題。在這個過程中，我們還通過在PMMA/苯甲醚溶液中加入光刻膠來提高去膠的潔凈度;通過磨砂石英管代替光滑石英管提高制備銅基底石墨烯的平整度;通過電腦屏幕膜和塑封機的結(jié)合實現(xiàn)大面積石墨烯薄膜的roll-to-roll轉(zhuǎn)移。
　　第三章:在過去的12年間，石墨烯因其許多前所未有的先天特性，在基礎科學研究和相關(guān)的潛在商業(yè)應用

5、方面都引發(fā)了極大的關(guān)注。為了滿足對高質(zhì)量石墨烯片不斷增加的需求，迫切需要開發(fā)一種工業(yè)規(guī)模的、可靠的、環(huán)保且低成本的生產(chǎn)工藝。在本章中，我們通過引入一種新穎的磨石研磨剝離工藝，展示了一種尺寸可控的機械解理方法用于大量生產(chǎn)零缺陷少層石墨烯薄片。測試結(jié)果表明剝離的石墨烯片沒有缺陷。本章提出的這種通過機械解理石墨的工藝方法可實現(xiàn)數(shù)百升石墨烯分散液的可控制備，并提出了可以工業(yè)化生產(chǎn)的路徑。所制備石墨烯薄片的大小可通過調(diào)節(jié)原始石墨材料的尺寸以及過濾

6、條件來進行控制，這就滿足了不同應用領域?qū)κ┍∑叽绲牟煌枨蟆?br>　　第四章:我們利用化學氣相沉積法制備了由大量重疊的帶狀石墨烯組成的編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯。結(jié)果表明，編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯一旦被電場激發(fā)便可以發(fā)出聲音，這種現(xiàn)象可由熱聲效應來解釋。由于石編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯單位面積上的超低熱容量，這種聲源顯示出與單層石墨烯高度相似的性能，而且編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯可以被置于高孔隙度襯底上，這是單層石墨烯無法實現(xiàn)的，而高空隙度襯底可以降低熱損失