發(fā)布時間：2018-08-15 15:16

【摘要】：石墨烯,(Graphene)是一種碳質新材料,它是由碳原子緊密堆積成的具有二維蜂窩狀晶格結構的單層石墨,具有超薄、超輕、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的室溫導熱和透光性等特點,應用非常廣泛,發(fā)展前景巨大。作為高性能的新材料,石墨烯未來可被廣泛應用于新能源汽車、電子信息、高性能復合材料、生物醫(yī)藥、航空航天等領域。自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來,在學術界和產(chǎn)業(yè)界都引起了廣泛的關注和研究。然而,所有應用的實現(xiàn)都是建立在高品質的材料基礎上,因此如何解決石墨烯材料的大規(guī)模制備以及如何實現(xiàn)和實際應用的緊密結合是需要長期探討的課題。本論文圍繞石墨烯粉體的大規(guī)模無損制備,石墨烯在聲學領域的應用,以及如何解決銅箔品類在制備大面積石墨烯薄膜的限制等方面展開了一系列研究。本論文的主題包括五部分內容:第一章為緒論部分,這一章主要介紹了石墨烯的基本結構,基本性質,基本類別,表征方法和應用等,并闡述了本論文的選題背景和研究內容;第二章分析了通過正壓退火銅箔的方式可以使制備大面積石墨烯的銅箔品類擴大;第三章論述了機械剝離法宏量制備石墨烯的方法,并提出了實現(xiàn)規(guī)模化的路徑;第四章展示了網(wǎng)格結構石墨烯的制備及其在聲學領域的應用;第五章是對現(xiàn)有工作的總結和未來努力方向的展望。第二章至第四章的內容具體如下:第二章:在本章中,我們提出了一種通過正壓條件下退火銅箔基底可以使多種銅箔可用于制備大面積石墨烯薄膜的方法。我們的結果顯示,正壓條件下退火后的銅箔基底,在制備大面積石墨烯薄膜時對正壓退火的壓強和退火時間比較敏感,而退火的溫度、氣體比例、溫度、生長壓強都可以在一個較大范圍內調整,普適性比較好。解決了制備大面積銅箔基底石墨烯時銅箔品類受限問題。在這個過程中,我們還通過在PMMA/苯甲醚溶液中加入光刻膠來提高去膠的潔凈度;通過磨砂石英管代替光滑石英管提高制備銅基底石墨烯的平整度;通過電腦屏幕膜和塑封機的結合實現(xiàn)大面積石墨烯薄膜的roll-to-roll轉移。第三章:在過去的12年間,石墨烯因其許多前所未有的先天特性,在基礎科學研究和相關的潛在商業(yè)應用方面都引發(fā)了極大的關注。為了滿足對高質量石墨烯片不斷增加的需求,迫切需要開發(fā)一種工業(yè)規(guī)模的、可靠的、環(huán)保且低成本的生產(chǎn)工藝。在本章中,我們通過引入一種新穎的磨石研磨剝離工藝,展示了一種尺寸可控的機械解理方法用于大量生產(chǎn)零缺陷少層石墨烯薄片。測試結果表明剝離的石墨烯片沒有缺陷。本章提出的這種通過機械解理石墨的工藝方法可實現(xiàn)數(shù)百升石墨烯分散液的可控制備,并提出了可以工業(yè)化生產(chǎn)的路徑。所制備石墨烯薄片的大小可通過調節(jié)原始石墨村料的尺寸以及過濾條件來進行控制,這就滿足了不同應用領域對石墨烯薄片尺寸的不同需求。第四章:我們利用化學氣相沉積法制備了由大量重疊的帶狀石墨烯組成的編制網(wǎng)格結構石墨烯。結果表明,編制網(wǎng)格結構石墨烯一旦被電場激發(fā)便可以發(fā)出聲音,這種現(xiàn)象可由熱聲效應來解釋。由于石編制網(wǎng)格結構石墨烯單位面積上的超低熱容量,這種聲源顯示出與單層石墨烯高度相似的性能,而且編制網(wǎng)格結構石墨烯可以被置于高孔隙度襯底上,這是單層石墨烯無法實現(xiàn)的,而高空隙度襯底可以降低熱損失提高熱聲效應。通過利用編制網(wǎng)格結構石墨稀的透明性,柔韌性,機械性以及生物相容性,這種聲源可以廣泛應用于各種場合,在文中我們嘗試了在不同襯底上的熱聲效應。五章:我們對現(xiàn)有工作進行了總結,展望了基于目前工作結果的未來努力方向。
[Abstract]:Graphene is a new kind of carbon material. It is a kind of two-dimensional honeycomb-like single-layer graphite which is composed of carbon atoms. It has the characteristics of ultra-thin, ultra-light, ultra-high strength, ultra-strong conductivity, excellent room temperature thermal conductivity and light transmittance. Graphene is widely used and has great development prospects as a new material with high performance. In the future, it can be widely used in new energy vehicles, electronic information, high performance composite materials, biomedicine, aerospace and other fields. Since its discovery in 2004, it has attracted wide attention and research in academia and industry. However, all applications are based on high-quality materials, so how to solve graphite Large-scale preparation of olefin materials and how to achieve close integration with practical applications are topics that need to be discussed for a long time. This paper focuses on the large-scale non-destructive preparation of graphene powder, the application of graphene in acoustic field, and how to solve the limitations of copper foil in the preparation of large-area graphene films. The topic of this paper includes five parts: the first chapter is the introduction, which mainly introduces the basic structure, basic properties, basic categories, characterization methods and applications of graphene, and expounds the background and research content of this paper; the second chapter analyzes the preparation of large area stone by positive pressure annealing copper foil. Chapter 3 discusses the method of mass production of graphene by mechanical peeling and proposes the path of large-scale production; Chapter 4 shows the preparation of graphene with grid structure and its application in acoustic field; Chapter 5 is a summary of the existing work and prospects for future efforts. Chapter 2: In this chapter, we propose a method to prepare large-area graphene films by annealing copper foil substrate under positive pressure. Our results show that the pressure and pressure of positive pressure annealing on the copper foil substrate annealed under positive pressure during the preparation of large-area graphene films. The annealing time is more sensitive, and the annealing temperature, gas ratio, temperature and growth pressure can be adjusted in a larger range, so the universality is better. In the past 12 years, graphene has been studied in basic science and technology because of its many unprecedented innate characteristics. Potential commercial applications have attracted considerable attention. In order to meet the increasing demand for high-quality graphene sheets, it is urgent to develop an industrial-scale, reliable, environmentally friendly and low-cost production process. In this chapter, we introduce a novel grinding and peeling process to demonstrate a size-controlled process. The mechanical cleavage method is used to mass-produce zero-defect thin-layer graphene sheets.The test results show that the peeled graphene sheets have no defects.The method proposed in this chapter can realize the controllable preparation of hundreds of liters of graphene dispersions by mechanical cleavage of graphene.The route of industrial production is proposed. The size of graphene sheets can be controlled by adjusting the size of the original graphite and the filtration conditions, which can meet the different requirements for the size of graphene sheets in different applications. This phenomenon can be explained by the thermoacoustic effect. Because of the ultra-low heat capacity per unit area of graphene, the sound source exhibits a high degree of similarity to single-layer graphene, and the graphene with lattice structure can be placed in high porosity. On substrates, this is impossible to achieve with a single layer of graphene, and high porosity substrates can reduce heat loss and improve thermoacoustic effects. By using the transparency, flexibility, mechanics and biocompatibility of graphite with grid structure, this kind of sound source can be widely used in various occasions. In this paper, we try to use the thermoacoustic effect on different substrates. Effect. Chapter 5: We summarize the existing work and look forward to the future direction based on the results of the current work.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

相關會議論文 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：2184596