石墨烯（复合）材料的γ-射线辐照制备方法研究

摘要

由于独特的光电性能、优异的机械性能和高的比表面积，石墨烯有着非常广泛的应用。但由于石墨烯层间的范德华和π-π吸引力的作用，石墨烯易倾向于堆叠，而这则极大的抑制了石墨烯本身具有的优异性能，限制了其在大多数领域的应用。而石墨烯三维结构和其纳米复合材料因其独特的结构可以避免石墨烯层间的堆叠。目前石墨烯及其复合材料典型的合成方法包括气相沉积法、化学还原法和水热法等，但这些方法的应用因为高昂的费用、有毒还原剂的使用及苛刻的高压条件等被极大地限制。在本论文中，我们采用了一种温和且洁净的γ-射线辐照方法，对其在两种石墨烯（复合）材料中的制备进行了研究。
　　一、在常温常压下，通过γ-射线辐照方法制备氧化亚锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料，用于锂离子二次电池负极。γ-射线可以辐解水产生水合电子还原高锰酸钾，产生尺寸可调的MnO颗粒，并在石墨烯的表面上均匀地分布。以上优势使γ-射线辐照还原制备的MnO/rGO复合材料有着较好的电化学性能。2Ag-1电流密度下进行500次循环后，MnO/rGO复合材料的比容量仍可高达1687mAhg-1。在0.2Ag-1的高电流密度下，MnO/rGO复合材料的比容量可高达2175mAhg-1。且即使在15Ag-1的高电流密度下，复合材料的比容量仍可达546mAhg-1，约为商用石墨负极的1.5倍。因此，γ-射线辐照还原在制备电池材料方面将是一种很有前景的方法。
　　二、在无表面活性剂的条件下，采用简单的γ-射线辐射法合成石墨烯海绵结构。通过在氧化石墨烯(GO)分散液中加入醋酸和氨水调节GO在溶剂中的分散状态，分析其对三维石墨烯海绵形成的影响。还通过在石墨烯上负载1.1×104cmcm-2的CNT(5wt.％)来增强石墨烯海绵的压缩性能。我们也通过控制GO的浓度来调节石墨烯海绵的密度，以满足不同的需求。石墨烯海绵的密度可低至5.0mgcm-3，孔隙率高达99.8％，电导率仅为0.012Scm-1。我们对海绵进行了压缩性能测试，结果显示80％形变下线性部分的长度达73.5％，且电阻率在压缩和回弹时随形变呈近线性变化;50％形变下，800次循环后样品仍可保持初始形貌，应力保留率在85％左右。该法合成的石墨烯海绵由于超低的电导率和极好的压缩性能在弹性导体、压力传感器等方面有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 石墨烯

1．2．1 石墨烯的简介

1．2．2 石墨烯的制备方法

1．2．3 石墨烯的应用

1．3 锂离子电池

1．3．1 锂离子电池的简介

1．3．2 锂离子电池负极材料

1．4 γ-射线

1．4．3 γ-射线辐照法在材料制备中的应用

1．5 论文的选题思路

1．6 论文的研究内容

第2章 氧化亚锰／石墨烯复合材料的γ-射线辐照制备方法研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器设备

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．4 本章小结

第3章 石墨烯海绵的γ-射线辐照制备方法研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器设备

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第4章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果