高質量石墨烯制備與應用基礎研究.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構晶體，具有高強度、高透光性、高導電性等優(yōu)點，在傳感器、半導體器件、透明導電薄膜等眾多領域中具有廣闊的應用前景。目前石墨烯通常采用化學氣相沉積和氧化還原制備法制備，前者難于實現大規(guī)模工業(yè)化生產，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)境會產生污染，因此，急需研發(fā)一種新型可控制備高質量石墨烯的方法。
　　本研究首先探索一種在液相中使用機械剪切

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，采用實驗室乳化機，系統(tǒng)探討石墨烯和溶劑種類、剪切速度和時間對石墨粉的剪切剝離質量的影響規(guī)律及其機制，并通過石墨烯-液相表面能模型推導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:剪切速率10000rpm，剪切時間1-2小時。進而采用掃描電鏡(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量。結果表明:采用剪切法可以實現少層石墨烯的可控制備，并且具優(yōu)異的導電性能。與化學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，對于實現石墨烯的觀法應用具有重要的意義。
　　另外，本研究通過改進的Hummers法制備氧化石墨烯，并使用硅烷偶聯劑對其表面基團進行改性處理。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用，

4、結果表明:環(huán)氧樹脂粘度檢測和SEM檢測證實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)氧涂層結構平滑完整，證實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富鋅環(huán)氧漆中。固化后涂層效果證實氧化石墨烯不影響富鋅環(huán)氧漆的涂覆性能;耐摩擦實驗和鹽水浸泡實驗證實氧化石墨烯強化-富鋅環(huán)氧漆涂層耐磨強度和耐鹽水浸泡能力對比單純富鋅環(huán)氧漆有了顯著