不同温度下石墨烯量子点有效电导率特性研究

摘要

随着石墨烯技术的应用发展，高质量的石墨烯生产技术还不完善，石墨烯碎片的物理性质的研究非常重要，nm级别的量子点又具有尺寸效应，电导率是重要的物理参数之一，所以对于石墨烯量子点溶液电导率特性的研究有着重要的应用价值。对石墨烯量子点溶液的电导率特性产生变化的主要影响因素有溶液浓度、溶液温度、溶液所处的磁场、溶液的频率等。本文利用精度为0.001g的高精度电子天平分别配置了浓度为0.05g/L、0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.5g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.2g/L、1.4g/L、1.6g/L、1.8g/L、2.0g/L的石墨烯量子点溶液。实验测量了石墨烯量子点溶液和超纯水在不同物理条件下的电导率。初步对实验数据处理得到:(1)在温度、磁场、频率都相同的条件下，石墨烯量子点溶液的电导率随溶液浓度呈现指数变化，且与溶液浓度的平方根成正比例关系，大致符合Debye-Huckel-Onsager浓度平方根定律。(2)在浓度、磁场、频率都相同的条件下，石墨烯量子点溶液的电导率随温度呈现指数关系，与1/T呈现线性关系;大致符合Arrhenius离子方程趋势。(3)在浓度、温度、频率都相同的条件下，石墨烯量子点溶液的电导率加磁场后电导率变大。(4)在浓度、温度、磁场都相同的条件下，石墨烯量子点溶液的电导率在低频范围内随频率的升高而增大，在高频范围内随频率的增大而减小。
　　目前对于低浓度溶液的电导率研究模型及理论还需要探究和完善。本文利用椭球包体的复合材料模型来建立研究石墨烯量子点溶液的有效电导率模型。通过研究有效介质理论(GET)，渗流理论和普适性模型(GEM)，比较各种模型的使用条件，最终选定GEM模型拟合浓度与石墨烯量子点有效电导率的关系。体系关键指数根据实验数据确定。结果表明拟合结果和实验数据较为接近，GEM模型可以用来较好的预测不同浓度下石墨烯量子点溶液的有效电导率。基于对隧道导电模型和Arrhenius方程的分析，我修正了的隧道导电模型。体系关键指数依据实验数据确定。该模型可以很好的模拟不同温度下石墨烯量子点溶液有效电导率的关系。该修正模型能够提供较为可靠的指导方案用于石墨烯量子点复合材料的设计和优化。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 文章结构安排

第二章 石墨烯量子点溶液有效电导率测量实验

2．1 石墨烯量子点溶液的配置和使用仪器

2．1．1 石墨烯量子点

2．1．2 石墨烯量子点制备方法

2．1．3 溶液的配置

2．1．4 实验所用仪器

2．2 浓度对有效电导率的影响实验

2．2．1 实验步骤和方法

2．2．2 实验结果与现象

2．3 温度对有效电导率的影响

2．3．1 实验步骤与方法

2．3．2 实验结果与现象

2．4 磁场对有效电导率的影响

2．4．1 实验步骤与方法

2．4．2 实验结果与现象

2．5 频率对有效电导率的影响

2．5．1 实验步骤与方法

2．5．2 实验数据与分析

第三章 复合材料有效电导率模型

3．1 石墨烯简介

3．2 石墨烯的制取

3．3 不同浓度下有效电导率模型

3．3．1 有效介质理论

3．3．2 渗流理论

3．3．3 GEM模型

3．4 不同温度下的有效电导率模型

3．4．1 隧道导电理论

3．4．2 Arrhenius方程

3．4．3 修正的隧道理论

第四章 模拟仿真与分析

4．1 不同浓度下石墨烯量子点有效电导率模型

4．1．1 有效介质理论模型

4．1．2 渗流模型模拟仿真

4．1．3 GEM模型拟合结果

4．2 不同温度下石墨烯量子点有效电导率模型

4．2．1 隧道导电模型模拟仿真

4．2．2 修正的隧道模型拟合结果

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．1．2 有效电导率理论模型拟合结果

5．2 实验存在的误差以及展望未来

参考文献

致谢

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