石墨烯薄膜的制备及性能分析_侯朝霞

石墨烯制备及热学性能分析作者：余秋萍林惠孚谌文澜来源：《中国科技博览》2018年第14期[摘要]石墨烯作为一种新型材料，在多方面具有优良的特性，本文针对石墨烯的热学特性，对石墨烯的热学性能进行研究。

首先介绍了石墨烯材料的特点，重点介绍其导热机理，然后对其热导率进行了预测模拟，最后对其热学性能的具体参数进行了研究测定，对石墨烯材料的热学性能进行了全面的分析研究。

[关键词]石墨烯、热学性能、热导率中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0212-01近年来，石墨烯材料发展迅速，具有广泛的应用前景，受到了广泛的关注。

石墨烯作为一种新型材料，具有非常优异的特性。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有单层碳原子的厚度，是目前最薄最轻的材料，厚度仅为0.34nm，比表面积为2630m2/g。

然而它具有极高的强度，杨氏模量与金刚石相当。

其次，石墨烯材料的载流子迁移率高，电流密度耐性大，导电性能优异。

另外，石墨烯具有良好的导热性能，导热率达3000-5000 W/mK，与碳纳米管相当。

石墨烯通电后可以发射光谱波长在0.75-1000微米的远红外线。

远红外与人体具有良好的亲和性，可与人体的分子产生谐振，让人感觉到温暖，其加热原理与阳光相似。

远红外加热具有加热速度快，能耗低，穿透力强，有益于人体健康等特点。

1.石墨烯导热机理介绍石墨烯本身导热性能良好，描述导热性能使用导热率。

导热率定义是，物体内部垂直于导热方向取两个相距一米，面积一平方米的平面，若两平面温差为1K，则1秒内从一平面传导到另一平面的热量规定为该物资的热导率。

热导率的基本计算公式如下：热导率的计算单位为。

其中的A代表的截面面积， Q表示导热中传递的热能，t为时间，T表示导热材料的温度差，l表示的是材料的长度，k为热导率计算值。

对于所有导热材料，热导率还可以用来计算。

这种表述中，三个数据分别为导热载体中的热容、平均速度以及平均的运行自由程。

第1篇一、实验背景石墨作为一种重要的碳质材料，在工业、科研等领域具有广泛的应用。

本实验旨在通过对石墨样品的分析，了解其化学组成、结构特性以及相关性能，为石墨的进一步研究和应用提供数据支持。

二、实验目的1. 确定石墨样品的化学组成。

2. 分析石墨的结构特性。

3. 评估石墨的性能指标。

4. 探讨石墨的制备方法和应用前景。

三、实验方法本实验主要采用以下方法进行石墨分析：1. 化学分析方法：通过X射线荧光光谱（XRF）和原子吸收光谱（AAS）等手段，对石墨样品进行化学组成分析。

2. 结构分析方法：采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对石墨的结构特性进行分析。

3. 性能分析方法：通过电学测试、力学测试等方法，评估石墨的性能指标。

4. 制备方法研究：探讨不同制备方法对石墨性能的影响。

四、实验结果与分析1. 化学组成分析：XRF和AAS结果表明，石墨样品主要由碳元素组成，并含有少量杂质，如硅、铝、铁等。

2. 结构特性分析：XRD和SEM结果表明，石墨样品具有良好的层状结构，层间距约为0.34纳米。

石墨烯层间存在少量缺陷，如石墨烯层间的空隙、石墨烯层内的杂质等。

3. 性能指标分析：电学测试结果显示，石墨样品的电阻率为0.05Ω·m，导电性能良好。

力学测试结果显示，石墨样品的弯曲强度为150MPa，具有良好的力学性能。

4. 制备方法研究：通过对比不同制备方法制备的石墨样品，发现微机械剥离法制备的石墨样品具有更好的结构特性和性能。

五、实验结论1. 本实验成功地对石墨样品进行了化学组成、结构特性和性能指标分析。

2. 石墨样品具有良好的层状结构，层间距约为0.34纳米，并含有少量杂质。

3. 石墨样品具有良好的导电性能和力学性能。

4. 微机械剥离法制备的石墨样品具有更好的结构特性和性能。

六、实验讨论1. 本实验采用多种分析方法对石墨样品进行了全面分析，为石墨的进一步研究和应用提供了数据支持。

石墨烯薄膜制备方法研究LT本科生毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：石墨烯薄膜制备方法研究学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工0805学生：艾东东指导教师（含职称）：元炯亮副教授专业负责人：刘晓林1．设计（论文）的主要任务及目标主要任务：（1）利用Hummers法制备氧化石墨；（2）利用电化学还原法制备石墨烯。

主要目标：配置一定浓度的氧化石墨溶液，导电玻璃作为基底，将氧化石墨溶液涂于导电玻璃表面，在恒电压下还原氧化石墨，制得薄层石墨烯。

2．设计（论文）的基本要求和内容了解石墨烯国内外的研究现状和发展趋势，以及有关石墨烯的一些制备方法和表征手段，掌握基本的实验操作技能，学会分析实验结果。

毕业论文完成后应具备独立进行研究的能力。

3．主要参考文献[1] 朱宏伟，徐志平，谢丹等.石墨烯-结构、制备方法与性能表征[M].北京：清华大学出版社，2011:36～45[2]郭鹏.石墨烯的制备、组装及应用研究[D],北京：北京化工大学，2010[3] Hummers W S, Offeman R E, Preparation of graphite oxide[J].J Am ChemSoc, 1958,80(6):1339石墨烯薄膜制备方法研究摘要石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质，成为当前研究的热门课题。

现有许多制备石墨烯的方法，比如固相法的机械剥离法、外延生长法；液相法的氧化还原法、有机合成法、溶剂热法；气相法的化学气相沉积法、电弧放电法等。

石墨烯在超级电容器、锂离子电池、纳米复合物等方面有着广泛的应用。

本文主要是探究电化学还原法制备薄层石墨烯的新方法。

本文利用Hummers法制备了氧化石墨，将所制得的氧化石墨溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液（DMF）中，然后把溶有氧化石墨的DMF溶液涂在导电玻璃表面，利用循环伏安法找出最佳的还原电压，在此恒电压下还原氧化石墨烯制得石墨烯，然后用红外光谱对其进行表征，同时利用紫外可见分光光度仪测试石墨烯的透射率测量石墨烯的厚度，发现我们合成的石墨烯基本为单层。

抽滤法制备石墨烯/银复合薄膜摘要：关键词：0 引言石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶体结构的一种新型碳材料，被认为其他石墨材料，如富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。

2004年，Geim等[2]用撕胶带法从高结晶石墨上剥离少量的单层石墨烯之后，越来越多的人开始研究石墨烯并发现了其一系列的优良性能，如巨大的比表面积，突出的导热性能和力学性能，显著的电导率，优良的吸附性能和高化学热稳定性。

石墨烯在透明导电材料[3]、气敏传感器[4]和超级电容器[5]等方面的科学研究领域的独特性能引起了科研工作者的广泛关注。

石墨烯器件的研发和应用必将给人类社会带来巨大的发展，如何制备大尺寸的石墨烯透薄膜是能否使其走向实际应用的关键所在。

利用氧化石墨烯在水溶液中分散性良好的特点，采用真空抽滤法制备氧化石墨烯薄膜并在氢气气氛中进行高温热处理是一种可行的制备方法。

但由于氧化石墨烯中含有大量的含氧官能团，即使高温热处理之后仍会在产生大量的缺陷，较大程度上影响的石墨烯材料的电子传递性能。

银纳米粒子因为具有很高的表面能和化学活性而显示出独特的、电、光学到等性能，具有广阔的应用前景[6]。

国内研究人员对银纳米颗粒做了深入的研究，制备出多种纳米银复合材料：用银掺杂氧化锌制备的薄膜具有良好的导电性能和光学性质[7]；碳纳米管/银复合材料具有高强、高韧、导电、导热性好、耐磨等特性[8]。

基于此，我们猜测，石墨烯/银复合材料具有良好的导电性能。

本实验以层层抽滤的方法依次抽取氧化石墨烯溶液和纳米银溶胶，具有工艺相对简单，层数可控以及厚度可控等优点。

再在氢气气氛下进行热处理制备出石墨烯/银复合薄膜，并考察了薄膜的组成、形貌和电学性质。

1 实验部分1.1氧化石墨烯的制备采用改进的Hummers法制备一定氧化程度的氧化石墨[9]。

1.2纳米银溶胶的制备[1]Geim A K，Novoselov K S. The rise of graphene[J].Nat. Mater,2007,6(3):183-191[2]Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, et al. Electric field effect in atomically thin carbon films[J ]. Sci., 2004, 306(5696):666-669[3]Lee B R, Kim J W, Kang D W, et al. Highly efficient polymer light-emitting diodes using graphene oxide as hole transport layer [J]. Acs Nano,2012,4:2984-2991[4]Wang J W, Kwak Y, Lee I Y. Highly responsive hydrongen gas sensing by partially reduced graphene oxide thin films at room temperature [J]. Carbon, 2012,50:4061-4067[5]Tamaillarasan P, Ramaprabhu S. Carbon nanotubes-graphene-solidlike ionic liquid layer-based hybrid electrode material for high performance supercapacitor [J]. PhysChem,2012,116:14179-14187[6]朱桂琴，史建公，王万林. 银纳米材料制备和应用进展[J]. 科技导报，2010，28（22）：112-117[7]段理，于晓晨，王卓，樊小勇. 银掺杂ZnO薄膜光电功能材料的研究进展[J].材料导报2010，24（10）：132-142[8]凤仪，袁海龙. 纳米碳管的化学镀银[J]. 功能材料，2004，3（35）：317-319[9]Hummers W S, Offman R E. Preparation of graphene oxide [J]. J Am ChemSoc,1958,80(6):1339。

contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。

这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。

石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。

电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。

热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。

光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。

石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。

这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。

意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。

石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。

机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。

可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。

设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。

透明导电薄膜、电子器件、传感器等。

原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。

液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。

利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。

利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。