机械剥离法石墨烯及其透明导电薄膜的制备研究

摘要

石墨烯是一种二维的、由sp2碳原子组成的拥有蜂窝状结构的、单碳层的新型材料，其奇特的结构赋予了其卓越的物理化学性能，在储能、透明薄膜电极、复合材料等范畴有着广大的应用远景。近年来，大量制备高质量石墨烯吸引众多目光。同时，为了满足不同方面的需求，对石墨烯的制备提出了更高的要求。本文的主要研究方向是机械剥离法石墨烯及其在透明导电薄膜的制备研究，主要研究以下内容：
　　蔗糖熔体辅助三辊剥离制备石墨烯。我们研究组曾借助三辊研磨机，利用高分子胶黏剂对石墨进行剥离成功制备了石墨烯，提出三辊剥离制备石墨烯的方法。该方法的不足之处在于以高分子作为胶黏剂，后期需要用丙酮、环己酮等有机溶剂或者马弗炉高温加热去除高分子胶黏剂，对环境不友好。当前，如何绿色环保、大规模制备石墨烯成为一个新的研究方向。为此对三辊剥离制备石墨烯方法进行改善，选用蔗糖熔体作为胶黏剂辅助三辊剥离制备石墨烯。研究结果表明蔗糖熔体辅助三辊剥离可以制备优质石墨烯且该方法具有成本低、效率高、绿色环保、可以进行大规模工业化生产石墨烯等优点。
　　湿法球磨微晶石墨制备性能优良、尺寸均一的纳米尺寸石墨烯。相对于大尺寸石墨烯，纳米尺寸石墨烯在生物医学、透明导电薄膜等方面有着更好的应用优势。因此，如何高效、经济、大规模制备性能优良、尺寸均一的纳米尺寸石墨烯并将其应用备受人们的关注。在本章中，采用行星式球磨，在溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中对原料微晶石墨（mc-G）进行球磨剥离，制备了尺寸主要集中在100-200nm、单碳层及少数层石墨烯（≤5）、缺陷少的纳米尺寸石墨烯（NG）。1.22mg/ml的高浓度石墨烯分散液能够被成功配制得到，而且该分散液在339nm处具有强荧光效应。
　　纳米尺寸石墨烯/碳纳米管混合分散液应用于透明导电薄膜的制备。主要探究利用纳米尺寸石墨烯/碳纳米管作为原料复合制备透明导电薄膜的工艺。为了更好的提高薄膜的成膜性，在薄膜前躯体分散液中加入少量表面活性剂作为胶黏剂，在本实验中选择PVP和SDS。研究结果表明当以SDS作为胶黏剂时，所制得的薄膜的的表面电阻为632Ω/sq，透光率为80.2％。

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主要符号对照表

第1章 绪论

1.1 石墨烯的简介

1.2 石墨烯的性质

1.3 石墨烯的制备方法

1.4 石墨烯的表征方法

1.5 石墨烯的应用

1.6 论文的研究背景、内容及意义

第2章 蔗糖熔体辅助三辊剥离制备石墨烯

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果讨论

2.4 本章小结

第3章 湿法球磨微晶石墨制备纳米尺寸石墨烯

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果讨论

3.4 本章小结

第4章 纳米尺寸石墨烯/碳纳米管复合制备透明导电薄膜

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果讨论

4.4 本章小结

第5章 总结

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果