石墨烯相关材料的制备及性能研究

石墨烯的制备方法概述

摘要 石墨烯具有独特的结构和优异的性能, 近年来在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣，并且在石墨烯的制备上已取得了不少的进展。本文就物理方法和化学方法两方面概述了石墨烯的制备方法, 比较了各种方法的优缺点，并对它的未来发展做了展望。

关键词 石墨烯；制备方法

因诺贝尔奖而骤然走进大众视野的石墨烯，是人类已知的强度最高的物质。石墨烯是单原子层的石墨薄膜，其晶格是由碳原子构成的二维蜂窝结构。该材料具有许多新奇的物理特性，它是目前已知在常温下导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了一般导体。此外，还可用石墨烯制造复合材料、电池/超级电容、储氢材料、场发射材料、超灵敏传感器等。

目前石墨烯的制备方法有很多，本文主要分为物理方法和化学方法两大类来讨论。

1 物理法制备石墨烯

物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得, 操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。

1.1机械剥离法

机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt 等[1]于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨烯，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20 μm—2 mm、深5 μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。

但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。 1.2取向附生法—晶膜生长

- I - 目 录

摘 要 ............................................................................................................................ I

Abstract ......................................................................................................................... II

1 引 言 ........................................................................................................................ 1

1.1 石墨烯的制备 .................................................................................................. 2

1.1.1 机械剥离法 ............................................................................................ 2

1.1.2 电化学剥离法 ........................................................................................ 2

1.1.3 化学气相沉积法 .................................................................................... 3

东华大学硕士学位论文 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

I 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

摘 要

不论是在军事领域，还是民用领域，高性能吸波材料因具有厚度

薄、质量轻、吸收强以及吸收频带宽的优点而具有潜在的应用价值。

在众多高性能吸波材料中，石墨烯凭借其较低的密度、超高的比表面

积、优异的介电性能、机械性能和化学稳定性成为了吸波领域研究的

热点，然而，石墨烯较高的介电常数使得其阻抗匹配特性极差，造成

大量的电磁波被反射，进而导致其较差的吸波性能。针对以上问题，

本文以还原氧化石墨烯为基体，通过引入导电聚合物和核壳结构的纳

米粒子来提升还原氧化石墨烯的阻抗匹配特性，从而增强其对电磁波

的吸收；此外，为了探索其在实际过程中的应用，我们将制备的粉末

状吸波剂均匀分散于环氧树脂中，对其吸波性能进行了研究。具体研

究内容和结果如下：

（1）以苯胺功能化修饰的还原氧化石墨烯（rGO-An）为活性点，

通过界面聚合法将纳米棒状的聚苯胺（PANI）接枝在rGO表面，形

成还原氧化石墨烯共价接枝聚苯胺（rGO-g-PANI）复合材料。当该

复合材料在石蜡中的掺杂比为30wt%时，获得最优的吸波性能，在厚

度为3mm时，最小反射损耗（RL）可以达到-45.2dB，有效吸收带宽

能够覆盖4.4GHz，这表明PANI纳米棒的接枝明显能够改善rGO的

吸波性能；此外，为了突出rGO和PANI纳米棒接枝的增强效果优于

东华大学硕士学位论文 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

II 二者的物理吸附，我们将rGO/PANI复合材料和rGO-g-PANI复合材

料的吸波性能作了对比，并且对其机理进行了探讨。

（2）以类沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-67）为芯材，以氧化锌（ZnO）

为壳层，合成具有核壳结构的ZIF-67@ZnO纳米粒子，然后通过高温

煅烧的方式，将ZIF-67中的有机物裂解掉，形成核壳结构的

Co/NPC@ZnO纳米粒子，当30wt%的Co/NPC@ZnO纳米粒子混合在

石墨烯

——结构及其制备方法

学院： 机械学工程与自动化学院

班级： 装备1302

姓名： 尹朋飞

学号：

目录

石墨烯 .............................................................................................................................................. 1

——结构及其制备方法 ........................................................................................................... 1

1石墨烯的发现与结构 .................................................................................................................... 3

1.1石墨烯的发现 ..................................................................................................................... 3

1.2石墨烯的结构 ..................................................................................................................... 3