胶带粘黏法制备石墨烯存在的问题探讨

胶带粘黏法作为微机械剥离法的一种传统类型,具有操作简单、经济环保等特点,仍是当前实验室小规模制备高质量石墨烯重要方法之一。但却存在着可控性差、重复性大、尺寸较难确定等缺点。由室内试验制备石墨烯的机理分析可知,胶带粘黏法制备高质量石墨烯会受到制备条件、外界环境及探测技术等因素的影响。在制备过程中通过技术手段减少外界条件和环境影响、降低剥离难度、提高探测手段是解决这一问题、提高石墨烯制备质量的重要途径。     

石墨烯材料在热管理领域的应用进展

介绍了石墨烯作为高导热材料的研究现状和发展前景，总结了石墨烯材料的制备方法，包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法及氧化还原法等；探讨了不同类型石墨烯材料的导热机理，指出石墨烯材料通过声子和电子进行热传导，并以声子导热为主介绍了串联网络热阻模型和导热逾渗模型；归纳了单层或少层石墨烯、石墨烯膜、碳纳米管/石墨烯复合膜及相变高分子/石墨烯复合材料等类型的高导热石墨烯材料在热管理领域的研究和应用进展。     

石墨烯性能及研究进展

阐述石墨烯在电学、力学、化学、光学和热学等方面的优异性能,介绍微机械剥离法、化学剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和电弧法等石墨烯制备方法,论述石墨烯在电学、光学、能源、生物医学、传感器等领域的应用.     

超临界N-甲基吡咯烷酮剥离可膨胀石墨制备石墨烯

实现石墨烯高效、宏量、高质量制备过程仍然是当前面临的一大挑战。本文提出一种超临界N-甲基吡咯烷酮插层、剥离可膨胀石墨(EG)制备石墨烯的新方法。充分利用超临界流体优异的特性,可膨胀石墨层间距比较大的特点,以及N-甲基吡咯烷酮-碳原子层间的结合能和碳-碳原子层间的结合能比较接近的优点。SEM、TEM、AFM、Raman结果一致证实成功获得石墨烯,Raman和FTIR结果表明石墨烯表面在超临界流体过程中不引入任何含氧官能团。该方法为制备高质量石墨烯提供一条非常有潜力的途径。     

石墨烯的制备及应用研究

系统地阐述了石墨烯的制备方法,包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法和电弧放电法等,概括介绍了石墨烯近年来的应用领域、未来的发展方向和应用前景。     

石墨烯的发展现状

简述了近几年来石墨烯的制备方法,包括机械剥离法、化学气相沉积法、溶液合成法、外延生长法.并对石墨烯的分数量子霍尔效应、透明性、掺杂特性等性质及应用作了概述.最后,对石墨烯未来的发展作了展望.     

大粒径氧化石墨及石墨烯的制备与表征

以0.10、0.15、0.18、0.30 mm 4种不同粒径的石墨为原料,采用密闭氧化、氨-水合胼还原法,经过2个控温阶段制备了10~20 μm大粒径氧化石墨(GO)与石墨烯,并通过正交实验、单因素实验优化了制备条件. 测定了GO与石墨烯的傅里叶红外光谱、拉曼光谱及热稳定性.用扫描电镜、X线衍射光谱、原子力显微镜测试了产品的结构与石墨烯片层厚度. 实验结果表明:石墨粒径越小,片层剥离程度越高, GO的产率、热稳定性也均有提高. 石墨烯在800 ℃下残炭率高于80%,剥离层厚度约为1 nm. 本实验研究为制备大粒径GO与石墨烯提供了一种可行的实验方法.     

石墨烯薄膜的制备及性能分析

采用改进的Hummer’s法和超声剥离法制备的氧化石墨烯经旋涂和滴涂工艺制备成膜,再经一步还原获得石墨烯薄膜.研究了氧化石墨烯经一步和两步还原制备出石墨烯后再经旋涂成膜的工艺.同时研究了不同分散剂对石墨烯的分散效果,分析了不同还原工艺对石墨烯薄膜方电阻的影响,并采用金相显微镜和扫描电镜观察分析了石墨烯薄膜的微观形貌.结果表明:旋涂法制备的石墨烯薄膜更均匀、透光率更高;DMF对石墨烯具有良好的分散效果;两步还原得到的石墨烯薄膜的导电性能明显优于一步还原.     

膨胀石墨制备石墨烯的可行性研究

本文以鳞片石墨为原料,采用化学法经氧化酸化插层、水洗、干燥、高温膨胀过程制备膨胀石墨,再采用超声剥离法制备出少层数石墨烯片;并对制备膨胀石墨时的相关影响因素及插层机理作了初步探讨。结果表明：对不同工艺条件下制备的膨胀石墨,其层间距变化非常微小,但是其衍射强度却有明显下降;不管是细鳞片石墨还是大鳞片石墨制备成膨胀石墨,再次进行酸化处理后,加入插层剂后经过超声剥离就可以得到少层数的片状石墨烯。膨胀石墨制备石墨烯,不失为一种能高效、可行地方法。     

石墨烯的制备研究进展

石墨烯是一种二维六边形结构的碳质新材料,因为其优异性能而成为近几年的研究热点.主要介绍了两种石墨烯的常用制备方法:微机械剥离法和化学方法,同时分析了各种方法的优缺点,并对未来的制备方法作了展望.     

Electrochemical exfoliation for few-layer graphene in molybdate aqueous solution and its application for fast electrothermal film

There are still serious barriers from laboratory exploration to large-scale production of commercializing highquality graphene, especially by environmental-friendly methods. In this study, a simple and efficient electrochemical method for the preparation of high-quality water-dispersible graphene has been developed using molybdate aqueous solutions as the electrolyte. The exfoliation of graphite paper could be achieved in the electrolyte with a high yield of a few layers graphene(1–5 layers, 76%) and uniform lateral size(1–6 μm, 90%).The as-obtained few layers graphene well dispersed in aqueous solution with a solubility of ～4 mg mL~(-1) and stability for at least 2 months. It provides a new green method to prepare high-quality graphene. The as-prepared water-dispersible graphene films exhibit significant electrothermal performance, with a steady-state temperature of 147 °C under voltage of 10 V and a maximum heating rate achieved of 11.8 °C s~(-1).     

Growth of graphene from solid carbon sources

Monolayer graphene was first obtained as a transferable material in 2004 and has stimulated intense activity among physicists, chemists and material scientists. Much research has been focused on developing routes for obtaining large sheets of monolayer or bilayer graphene. This has been recently achieved by chemical vapour deposition (CVD) of CH(4) or C(2)H(2) gases on copper or nickel substrates. But CVD is limited to the use of gaseous raw materials, making it difficult to apply the technology to a wider variety of potential feedstocks. Here we demonstrate that large area, high-quality graphene with controllable thickness can be grown from different solid carbon sources-such as polymer films or small molecules-deposited on a metal catalyst substrate at temperatures as low as 800?°C. Both pristine graphene and doped graphene were grown with this one-step process using the same experimental set-up.     

晶圆级二维单晶材料生长的研究进展

低维材料因其原子级的物理尺寸而拥有独特的物理化学性质. 以石墨烯为代表的二维材料具有优越的光学、电学、力学及热学性能,在电子、光电、能源、催化等领域具有巨大的应用潜力. 大尺寸、高质量的单晶材料是大规模高端器件的应用基础. 为此,研究者们致力于实现晶圆级二维单晶材料的制造研究. 利用化学气相沉积法(CVD)制备二维材料具有薄膜质量高、可控性强、均匀性好等优点,因此,CVD成为制备高质量二维单晶材料的首选. 文章从二维导电石墨烯、绝缘氮化硼和半导体过渡金属硫族化合物入手,总结了近年来利用CVD技术外延制造二维单晶薄膜的研究进展,讨论了大面积二维单晶材料的制备策略与生长机理,指出了目前存在的问题,对未来高质量二维单晶薄膜的制备方法进行了展望. 该综述为进一步推动二维单晶材料的规模化应用提供借鉴.     

Ag/graphene composite based on high-quality graphene with high electrical and mechanical properties

A simple and effective process has been reported to prepare the silver (Ag)/graphene composite with excellent mechanical and electrical properties based on high-quality graphene (HQG). The HQG was fabricated via hot pressing of reduced graphene oxide (RGO) from chemical exfoliation, while the Ag/HQG composite was obtained by using spark plasma sintering (SPS) treatment under high temperature (1500 °C) and moderate pressure (40 MPa). With low oxygen-containing functional groups and defect density, the HQG dispersed homogeneously in the composite after high-energy ball milling. In comparison to pure Ag, the as-prepared Ag/RGO composite exhibited a great enhancement of 11% electrical conductivity and 42% micro-hardness with an optimal RGO adding content (1 wt%). The Ag/HQG composite is expected to open up a new way for the novel Ag-based electrical contact materials, and further to broaden its applications in micro-electronics and switching power.     

反应条件对水合肼还原氧化石墨烯表面官能团还原效率的影响

石墨烯因具有特殊的纳米结构和优异的性能而成为当前的研究热点.实验综合考虑了氧化石墨烯与水合肼的质量配比、反应时间、反应温度和pH值四个因素,采用四因素三水平正交试验系统研究了反应条件对氧化石墨烯各基团还原效率的影响机制.傅里叶红外光谱和透射电子显微镜的结果表明:通过改变反应条件,氧化石墨烯中的主要官能团如羟基、羰基和环氧基均可得到不同程度的还原.进一步利用FT-IR图谱分析软件,采用基线法计算分析表明:(1)氧化石墨烯与水合肼的质量配比是影响还原程度的最主要因素;(2)还原羧基的最佳条件为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶9、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值7;还原羟基与环氧基的最佳实验条件相同,均为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶8、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值8;(3)可以通过控制反应条件达到采用水合肼选择性还原石墨烯表面羟基、环氧基及羧基的目的.研究结果将为研究化学还原氧化石墨烯机理及制备高性能石墨烯奠定基础.     

Graphene-reinforced aluminum matrix composites prepared by spark plasma sintering

Graphene-reinforced 7055 aluminum alloy composites with different contents of graphene were prepared by spark plasma sintering (SPS). The structure and mechanical properties of the composites were investigated. Testing results show that the hardness, compressive strength, and yield strength of the composites are improved with the addition of 1wt% graphene. A clean, strong interface is formed between the metal matrix and graphene via metallurgical bonding on atomic scale. Harmful aluminum carbide (Al₄C₃) is not formed during SPS processing. Further addition of graphene (above 1wt%) results in the deterioration in mechanical properties of the composites. The agglomeration of graphene plates is exacerbated with increasing graphene content, which is the main reason for this deterioration.     

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.     

空穴浓度和基底对金属基外延石墨烯态密度的影响

以吸附在金属铜基底上的外延石墨烯为例, 研究了空穴浓度随温度的变化,探讨了空穴浓度和基底以及温度对金属基外延石墨烯态密度的影响。结果表明：(1)空穴浓度随温度升高而非线性增大,铜基底外延石墨烯的空穴浓度随温度的变化率小于石墨烯的相应值;(2)与石墨烯相比,基底的存在使铜基外延石墨烯的空穴浓度随温度的变化要迅速增大,态密度在电子能量为0时的值要增大,而态密度极大值相应的电子能量（称为最可几能量）变小;(3)铜基外延石墨烯的态密度随空穴浓度的增大和温度的升高而减小,其中,随空穴浓度的变化为线性,而随温度的变化为非线性。     

磁控溅射在PI/石墨烯基体上制备氧化锌薄膜

聚酰亚胺(PI)/石墨烯复合薄膜兼备了可挠曲性及透明、导电性,可作为柔性透明导电电极用于柔性电子器件中。但附着于PI上的石墨烯易划伤,使其导电性变差。本文采用脉冲直流磁控溅射法,以PI/石墨烯为基体,镀制保护石墨烯的氧化锌薄膜。分别采用原子力显微镜、X射线衍射仪、台阶仪、霍尔效应仪及紫外-可见分光光度计检测PI/石墨烯/ZnO复合薄膜的表面形貌、晶体结构、薄膜厚度及导电、透光性能。结果表明,PI/石墨烯/ZnO复合薄膜结构致密,氧化锌以(002)为择优取向,最低方阻为1.9×104Ω/sq,略低于石墨烯的方阻,可见光区平均透光率达80%。     

石墨烯微片对放电等离子烧结制备铜基摩擦材料性能的影响

采用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering,SPS)制备铜基粉末冶金摩擦材料,研究石墨烯微片含量对铜基粉末冶金摩擦材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：当石墨烯微片质量分数低于4%时,材料的密度、孔隙率和抗剪切强度随石墨烯微片含量的增加而升高;当石墨烯微片质量分数超过4%后,材料的密度、孔隙率及抗剪切强度随石墨烯微片含量的增加而略微减小;石墨烯微片质量分数为4%时,铜基粉末冶金摩擦材料具有最优的摩擦性能,此时其布氏硬度为82,剪切强度为98.73 MPa。