单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.     

石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟,对单层和多层石墨烯薄膜在两个方向上的拉伸力学性能进行了研究,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态.对单层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸对其拉伸性能的影响;对多层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸相同时层数对其拉伸性能的影响.结果表明:单层石墨烯薄膜两个方向的弹性模量分别为1078.02GPa(扶手椅型)和1041.53GPa(锯齿型);在拉伸线弹性变形阶段,单层石墨烯薄膜是各向同性的,且薄膜尺寸变化对单层石墨烯薄膜拉伸性能的影响不大;多层石墨烯薄膜在拉伸过程中的应力-应变关系与单层石墨烯薄膜类似,且在拉伸线弹性变形阶段表现出比单层石墨烯薄膜更为明显的各向同性;扶手椅型石墨烯薄膜的破坏从一侧边缘开始,并沿45°方向向薄膜内部延伸,锯齿型石墨烯薄膜的破坏从两侧边缘开始,对称地向内部延伸.     

三维结构化石墨烯及其复合材料

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因具有诸多优良的理化性质而广受关注.三维结构化石墨烯是通过对二维片状石墨烯材料进行弯曲、组装获得的一类结构材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性.基于三维石墨烯及其复合材料构建的器件在储能、传感、催化等方面表现出更为突出的性能.因而,制备和应用三维石墨烯材料已经成为当前的研究热点.文中介绍了三维石墨烯及其复合材料的结构类型,并简要评述了目前三维石墨烯材料应用中所面临的挑战和发展前景.     

云母片上单层石墨烯的制备及拉曼光谱研究

采用拉曼表征技术研究了平铺到云母片上单层石墨烯的性质.首先,将单晶白云母暴露在辐照量为1×10~6个/cm~2的重离子中进行辐照,用HF溶液对辐照后的云母片进行蚀刻.之后将CVD(化学气相沉积)法制得的单层石墨烯转移平铺到云母片上,利用SEM、Raman技术对悬空(孔洞之上)及非悬空区域的石墨烯进行分析表征.实验结果表明,辐照后的云母片在HF(体积分数40%)中置于30℃水浴超声蚀刻20 min后产生孔径约为3μm的菱形孔洞.而平铺在云母上的单层石墨烯样貌完整,部分悬空区域处的石墨烯有所破裂,且破裂面积随孔径增大而增多.利用拉曼电镜对悬空区域进行探测,可以得到仅有单层石墨烯的拉曼信号.采用石墨烯/云母基底对生物探针分子进行拉曼表征,结果显示该基底对探针分子的拉曼信号有增强作用.     

外电场中单层氧化石墨烯的透射特性与成像

基于对氧化石墨烯光电材料的广泛研究,改善并操控单层氧化石墨烯的光学特性.本文研究了外电场作用下单层氧化石墨烯的透射强度和成像的变化,透射成像反映了单层氧化石墨烯光学特性的各向异性,透射及荧光强度的变化反映了电场作用下单层氧化石墨烯光学特性可逆的操控性.利用氧化石墨烯中极性含氧官能团在电场作用下的极化效应,改变由sp3碳形成的电子局域态密度分布,从而改变单层氧化石墨烯的光学特性,并表现出电场对含氧官能团的方向性极化效果.     

非气态原料制备垂直石墨烯

垂直石墨烯是由石墨烯片垂直于基底生长而形成的一种新型3维碳材料结构,由于其独特的生长取向,可以有效减轻石墨烯层与层之间的堆叠,使石墨烯充分发挥其优异的特性.等离子体增强化学气相沉积技术作为合成垂直石墨烯的主要手段常需引入化工合成气为碳源,原料灵活性低.该文综述了非气态碳源用于垂直石墨烯的制备,介绍了所合成的垂直石墨烯在多种领域中的应用,并讨论了其生长机理.     

石墨烯/氧化锆复合材料的分散液工艺优化及润湿性能

将石墨烯分散液浸渍到氧化锆基体中,利用微波烧结法制备石墨烯/氧化锆陶瓷复合材料,提高了氧化锆陶瓷的润湿性.首先,通过优化球磨机的工艺参数(球料比、转速、研磨时间),制备出粒径为200.3 nm的石墨烯分散液,然后通过X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、Raman光谱仪、透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)分析了石墨烯的微观结构,最后分析了石墨烯/氧化锆陶瓷复合材料的润湿性.结果表明,石墨烯分散液能够长时间存放,且具备较好的单层或少层片状结构,添加石墨烯能够明显提高氧化锆陶瓷的润湿性,使氧化锆陶瓷润湿角减小,表面能增加,润湿性能变好.     

用共振法测量薄板材料的弹性模量和Poisson比

针对薄板状材料,提出了一种利用复合板共振频率测量未知材料的弹性模量和Poisson比的新方法。首先推导出复合薄板的弯曲共振频率理论公式和径向共振频率理论公式。然后对弹性模量和Poisson比已知的黄铜片进行实验,测量铜片与压电陶瓷构成的复合薄板的共振频率。利用径向共振频率公式计算得到,黄铜的弹性模量为105.6GPa,偏离已知弹性模量1.5%,从而验证了该理论公式的可靠性。     

直流电晕放电等离子体烟气脱硫数值分析

对直流电晕放电等离子体烟气脱硫进行了研究,通过分析影响脱硫效率的各个因素,拟合出单因素的贡献函数.在此基础上,利用多元回归方法得出直流电晕放电等离子体烟气脱硫的效率经验公式.找出了脱硫效率与电压、水蒸气含量、氨气投加量及SO2初始浓度的函数关系.由公式得到的预测值与实验值一致性较好,因此该经验公式可为直流电晕放电等离子体烟气脱硫提供参考.     

化学法制备石墨烯对环氧树脂导电性能的影响

通过化学氧化热解膨胀还原法制备了石墨烯,并对石墨烯的化学结构及微观形貌进行表征.将自制的石墨烯以及商业级的碳纳米管、富勒烯、石墨分别作为纳米导电填料加入到环氧树脂中,考察不同碳纳米材料对环氧树脂导电性能的影响.结果表明:所制备的石墨烯是不同于氧化石墨烯和热解膨胀石墨薄层的单层或少数层的二维材料;当石墨烯体积分数为0.25%时,复合材料的电导率发生渗流突变,而当体积分数增大到0.50%时,其电导率为2.02×10-7 S·m-1,导电性能得到显著增强.     

吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响简

利用抛物型电子能谱模型,求出了半导体基底的态密度和半导体基底上形成的外延石墨烯的态密度,并与理想单层石墨烯的态密度相比较,分析外延石墨烯态密度特点和能隙产生的条件.以Si基底上形成的外延石墨烯为例,论述了外延石墨烯态密度按能量分布的特点和吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响.结果表明:(1)外延石墨烯的局域态密度曲线与理想单层石墨烯和基底的态密度曲线不同,它不具有对零能量的左右对称性;(2)吸附不仅使理想单层石墨烯和半导体基底的态密度曲线对零能量的左右对称性受到破坏,而且改变了石墨烯的能隙宽度;(3)外延石墨烯的能隙宽度随着半导体基底与石墨烯相互作用能的增大而增大,但变化较小.     

单层石墨烯温度效应的分子动力学模拟

在不同温度条件（0 K-3000K）下,采用AIREBO势函数对单层石墨烯薄膜的弛豫性能和拉伸性能进行分子动力学模拟,研究单层石墨烯在弛豫过程中温度效应对其原子结构的影响以及单层石墨烯在拉伸过程中力学性能与温度效应的关系.研究结果表明：单层石墨烯的弛豫性能和拉伸性能均对温度具有很强的依赖性.理想状态下,单层石墨烯的弛豫是一个原子结构的动态平衡过程,随着温度升高,石墨烯稳定性降低,弛豫过程中原子的波动起伏变得不规则和剧烈起来.在温度从0K上升到3000K的过程中,单层石墨烯的拉伸强度、拉伸极限应变和弹性模量值均呈现下降趋势,且锯齿型石墨烯的弹性模量对温度的依赖程度比扶手椅型大,薄膜的拉伸随温度变化表现出不同的破坏形态.     

大面积单层石墨烯薄膜的生长与转移

本文章主要研究通过化学气相沉积法制备大面积的单层石墨烯薄膜,利用转移法将薄膜转移到任意衬底上,并使用拉曼光谱图表征此薄膜为单层的石墨烯薄膜.从而制备出大面积高质量可转移的石墨烯薄膜.为未来研究石墨烯的一些物理特性、化学特性及其一些器件有着重要的意义.     

吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响

利用抛物型电子能谱模型,求出了半导体基底的态密度和半导体基底上形成的外延石墨烯的态密度,并与理想单层石墨烯的态密度相比较,分析外延石墨烯态密度特点和能隙产生的条件.以Si基底上形成的外延石墨烯为例,论述了外延石墨烯态密度按能量分布的特点和吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响.结果表明:(1)外延石墨烯的局域态密度曲线与理想单层石墨烯和基底的态密度曲线不同,它不具有对零能量的左右对称性;(2)吸附不仅使理想单层石墨烯和半导体基底的态密度曲线对零能量的左右对称性受到破坏,而且改变了石墨烯的能隙宽度;(3)外延石墨烯的能隙宽度随着半导体基底与石墨烯相互作用能的增大而增大,但变化较小.     

同轴微波共振探针诊断大气压等离子体射流的仿真

介绍了一种用于诊断大气压等离子体射流的同轴微波共振探针,利用微波传输线理论分析了探针共振谱与等离子体参数之间的关系.通过仿真模拟得知,探针的共振频率不受等离子体参数的影响,其共振频率与在空气中的共振频率一致;共振半高宽与等离子体的电子密度成正比,与电子温度成反比.根据分析与模拟结果,获得了一种诊断大气压等离子体射流的方法,研究同时表明,探针材料的电导率是产生误差的重要原因.     

石墨烯2种电导率模型的比较与分析

基于2种不同的描述石墨烯电导率的公式(Kubo公式和Drude公式),对于微波波段石墨烯的电导率、介电常数及折射率进行了计算,并将得到的结果进行比较与分析.结果表明,2种微波波段公式得到的石墨烯电导率相差无几,介电常数虚部完全相同,但实部有着明显的差异.Kubo公式计算出来的介电常数实部随着频率的增加趋近于Drude公...     

铜基石墨烯的CVD法制备工艺参数研究

采用乙炔作为碳源,分析了碳源浓度、生长时间等参数对铜基石墨烯成核密度、生长速率及单层覆盖率的影响,通过热氧化法系统展示了石墨烯形核、长大、生长结束的全过程.研究发现;碳源浓度较小时成核密度较低,所得石墨烯晶粒更大,但单个多层点的面积较大,且多以双层为主;在石墨烯生长过程中,氢气既可辅助碳氢化合物分解,同时也会刻蚀部分成核点,从而促进石墨烯质量的提高;基于单层率与晶粒尺寸之间的平衡,采用乙炔与氢氩混合气(体积比为1∶9)流速比为5∶100作为生长石墨烯的气体工艺参数,获得了透过率约为97.1%,缺陷较少且以单层为主的大面积石墨烯.     

涂覆石墨烯的电介质纳米盘的表面等离激元回音壁模特性

提出涂覆单层石墨烯的电介质纳米盘结构,并利用有限元方法数值解析这种纳米结构的表面等离子激元回音壁模的电磁场特性.计算并分析品质因子(Q值)、模式体积随着电介质纳米盘半径大小、石墨烯化学势和谐振频率的变化规律.结果表明:当纳米盘的半径为5 nm,石墨烯化学势为0.9 eV时,其品质因子高达195,对应模式体积小于2×10^-7(λ₀/2n)³.     

大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器

基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器.采用三明治结构,将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从铜箔上转移到光纤端面,制备成PMMA/石墨烯调Q器.采用全光纤线性腔结构,掺镱双包层光纤和PMMA/单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件,大功率975nm半导体激光器作为泵浦源,大比例(95%)功率耦合输出,成功实现了中心波长为1 063.6nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器.调Q脉冲序列重复频率在9.7~26.46kHz连续可调,当泵浦功率为756.1mW时,最大输出功率为46mW,最小脉宽为4.5μs,并且获得的最大单脉冲能量为1.7μJ.实验结果表明,单层CVD石墨烯性能优异,将有望在双包层光纤激光器中实现更大平均功率、单脉冲能量的激光输出.     

解析方法分析单负特异材料的光学性质

利用菲涅尔公式的解析方法,推导损耗型单负特异材料单层结构的光学性质,并给出了该结构的反射率和透射率的表达公式,同时定向地分析了反射率和透射率的变化趋势.