高質(zhì)量石墨烯制備與應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、石墨烯(graphene)是一種由單層碳原子通過Sp2雜化排列而成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)晶體，具有高強(qiáng)度、高透光性、高導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器、半導(dǎo)體器件、透明導(dǎo)電薄膜等眾多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯通常采用化學(xué)氣相沉積和氧化還原制備法制備，前者難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，后者所制備石墨烯缺陷較多，性能較差，而且制備過程對環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，因此，急需研發(fā)一種新型可控制備高質(zhì)量石墨烯的方法。
　　本研究首先探索一種在液相中使用機(jī)械剪切

2、力制備石墨烯的制備方法。將一定量的不同類型的石墨粉放入不同的溶劑中，采用實(shí)驗(yàn)室乳化機(jī)，系統(tǒng)探討石墨烯和溶劑種類、剪切速度和時(shí)間對石墨粉的剪切剝離質(zhì)量的影響規(guī)律及其機(jī)制，并通過石墨烯-液相表面能模型推導(dǎo)得出最佳剪切試劑甲基吡咯烷酮(NMP)。通過剪切模型以及對比不同剪切參數(shù)下石墨烯樣品在試劑中的分散性能得出最佳剪切工藝參數(shù):剪切速率10000rpm，剪切時(shí)間1-2小時(shí)。進(jìn)而采用掃描電鏡(SEM)、Raman光譜、透射電鏡(TEM)和電性能

3、測試等方法檢測所制備石墨烯的質(zhì)量。結(jié)果表明:采用剪切法可以實(shí)現(xiàn)少層石墨烯的可控制備，并且具優(yōu)異的導(dǎo)電性能。與化學(xué)氣相沉積和氧化還原兩種傳統(tǒng)石墨烯制備方法相比，剪切法具有成本低、環(huán)保和性能高和可以批量制備的優(yōu)點(diǎn)，對于實(shí)現(xiàn)石墨烯的觀法應(yīng)用具有重要的意義。
　　另外，本研究通過改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯，并使用硅烷偶聯(lián)劑對其表面基團(tuán)進(jìn)行改性處理。使用改性氧化石墨烯作為環(huán)氧涂層的填料之一，系統(tǒng)探討了改性石墨烯在防腐涂料中的應(yīng)用，

4、結(jié)果表明:環(huán)氧樹脂粘度檢測和SEM檢測證實(shí)改性氧化石墨烯可以均勻分散在環(huán)氧樹脂之中，并且不影響其主要性能;氧化石墨烯-環(huán)氧涂層結(jié)構(gòu)平滑完整，證實(shí)氧化石墨烯的加入抵消了環(huán)氧涂層的固有孔洞，對涂層防止小分子污染物直接試件提供了保證;使用改性氧化石墨烯作為主要填料加進(jìn)富鋅環(huán)氧漆中。固化后涂層效果證實(shí)氧化石墨烯不影響富鋅環(huán)氧漆的涂覆性能;耐摩擦實(shí)驗(yàn)和鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)證實(shí)氧化石墨烯強(qiáng)化-富鋅環(huán)氧漆涂層耐磨強(qiáng)度和耐鹽水浸泡能力對比單純富鋅環(huán)氧漆有了顯著