石墨烯在强激光作用下改性的拉曼研究
石墨烯在强激光作用下改性的拉曼研究*
张秋慧1)2)?韩敬华2)冯国英2)徐其兴1)丁立中1)卢晓翔3)
1)(河南工程学院电气信息工程系,郑州451191)
2)(四川大学电子信息学院,成都610064)
3)(休斯顿大学电子计算机学院,休斯顿)
(2012年3月2日收到;2012年4月17日收到修改稿)
采用化学气相沉积法制备了不同层数的石墨烯样品.根据石墨烯透过率曲线分析石墨烯样品层数与550nm处透过率关系的同时,利用拉曼光谱法分析了不同层数石墨烯样品在强激光辐照下的损伤特性.结果表明:单层石墨烯样品经强激光辐照后,G带和2D带均向高频移动;多层石墨烯样品经强激光辐照后只有G带发生了略微的频移;石墨烯样品拉曼光谱G带与2D带强度比值表征了石墨烯的层数,此比值随激光辐照时间的增加而减小,这表明强激光对石墨烯样品具有明显的剥离现象.
关键词:石墨烯,拉曼光谱,改性
PACS:42.25.BS,81.05.ue,78.30.Ly
1引言
石墨烯(graphene)是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料.目前制备石墨烯的方法多种多样,例如化学气相沉积、机械剥离石墨等[1,2].虽然石墨烯只有一个碳原子厚度,并且是已知材料中最薄的一种,但是其强度比钻石还要硬[3].石墨烯电阻率仅约10?6?/m,比铜和银更低,是目前电阻率最小的材料.电阻率低,电子运动速度就快,所以石墨烯是目前已知材料中导电性能最出色的材料[4].石墨烯还具有较高的杨氏模量(～1100GPa)、热导率(～5000W·m?1·K?1)、较高的载流子迁移率(2×105cm2·V?1·s?1)、巨大的比表面积(理论计算2630m2·g?1)、铁磁性等[5?8]优良特性.优异的电学、光学特性使其有望取代硅基电子器件成为新一代的优良半导体而广泛应用于低能耗、高电子迁移率的纳米光电子器件中.随着激光技术和电子科学技术的发展,激光在光电子器件中所起的作用越来越重要.所以石墨烯材料在激光作用下的物理化学、机械稳定性研究对石墨烯光电子器件的开发和发展至关重要,同时激光作用下石墨烯材料的缺陷特性研究对于理解和预估石墨烯材料的某些特性起着决定性的作用.激光辐照效应产生的缺陷可能导致电子迁移率和热传导特性的劣化.石墨烯仅含有单层或基层碳原子层,故即使在低功率激光的辐照下也有可能产生严重的破坏.尽管对激光辐照下石墨烯特性变化的研究至关重要,但是至今未见报道.改变碳材料特性的一个方法是电子束辐照产生缺陷[9],而且大量研究者研究了电子束对石墨的影响[10,11],但至今尚未见关于单层或多层石墨烯在激光辐照下的资料.
本文采用化学气相沉积法制备了单层和多层石墨烯样品,并机械地转在不同的基底上.测量了石墨烯材料550nm处透过率与层数的关系,同时给出了强激光辐照下单层石墨烯和多层石墨烯拉曼光谱的变化和损伤形貌.激光辐照的热作用使石墨烯G带和2D带均向高频移动,拉曼光谱是研究晶体结构微小变化的有效手段之一,并且在其他碳
*国家自然科学基金(批准号:60890203)资助的课题.
?E-mail:newyear1234@https://www.360docs.net/doc/5715195585.html,
c?2012中国物理学会Chinese Physical Society https://www.360docs.net/doc/5715195585.html,
材料的辐照损伤方面应用很广泛[12,13].
2样品制备
本文使用的石墨烯样本均采用化学气相沉积法(CVD)生长在铜片上,然后机械地转在盖玻片或镀有二氧化硅薄膜的硅基底上.图1给出了1—4层石墨烯照片,基底为盖玻片.从图1可以看出,随
着层数的增加样品颜色依次变暗,这也就意味着随着层数的增加石墨烯样品在可见光波段透过率依次减小.故我们测量了这四个样品的透过率,如图2所示.
图1不同层数的石墨烯照片左上,单层石墨烯;右上,
两层石墨烯;左下,三层石墨烯;右下,四层石墨烯
图2不同层数石墨烯透过率曲线
图2给出了不同层数石墨烯样品的透过率曲线.从图中可以看到随着层数的增加
,石墨烯透过率依次下降.为了对比我们制得的石墨烯样品的透过率与理论计算得到的透过率的差别,给出了理论和实验得到的石墨烯在550nm的透过率层数的关系曲线,如图3所示.同理论计算一样,单层石墨烯样品在550nm处的透过率约为97.7%,这与石墨烯精细晶格常数α有关[14],其中πα=2.3%.这就意味着单原子层厚的石墨烯样品将吸收2.3%的入射光.理论结果同样表明石墨烯透过率随着层数的增加而减小,每增加一层石墨烯,透过率将减小2.3%,我们的实验结果和理论结果是一致的.
图3石墨烯材料
550nm透过率与层数的理论和实验关系曲线
3石墨烯在高强度激光辐照下的损伤
如图4所示,532nm连续激光经全反镜R1,R2反射后,经分光镜M1,M2分光后进入显微镜头,显微镜头将入射激光聚焦在样品表面,同时显微镜头收集样品表面散射光,收集的散射光经分光镜M2,全反镜R3,532nm滤光片F1后射入光谱仪.532nm滤光片滤掉了本身的激发光,排除了激发光对散射信号的影响.图4中的CCD用于观测样品是否聚焦在显微镜头的焦点处.此装置既为石
图4石墨烯损伤实验装置R1,R2,R3为全反镜;M1,M2
为分光镜;F1为532nm滤光片
墨烯损伤实验装置,又可以测量石墨烯的拉曼光谱,这就保证了损伤点和拉曼测试点为同一点,测量结果更加准确.
激光辐照之前,测量了石墨烯样品的拉曼光谱,从而表征石墨烯样品层数以及对比损伤前后拉曼光谱的变化.单层和多层石墨烯样品采用CVD 沉积在铜片上,沉积在铜片上的石墨烯样品被机械地转在镀有二氧化硅薄膜的硅片上,将转在硅片上的石墨烯样品分别放置在图4所示的样品台上,经激光辐照一段时间后立即测量其拉曼光谱.激光辐照功率分别采用1.68和1W,聚焦镜头为50倍显微镜头.测量拉曼光谱时在光路中加入中性滤光片,
使入射激光强度降到足够小,从而减小激发光对拉曼信号的影响,排除激发光引起的材料改性.拉曼实验结果如图5
和图6所示.
对于单层石墨烯样品来说,随着入射激光照射时间的增加,G 带和2D 带均向高频移动,并且强度下降,G 带从1587cm ?1移向1601cm ?1,2D 带从2684cm ?1移向2692cm ?1,G/2D 强度比值也从0.68减小到0.42.对于多层石墨烯样品,随着入射激光的照射,G 带和2D 带强度下降,G 带轻微向高频移动,从1587cm ?1移向1590cm ?1,2D 带未见明显的频移,G/2D 强度比值也从2.37减小到1.53.
图5(a)单层石墨烯材料在激光辐照前后的拉曼光谱,激光辐照功率为1.68W;激光辐照前,G 带中心波数为1587.3cm ?1,G/2D =0.69;激光辐照5min 后,G 带中心波数为1601.3cm ?1,G/2D =0.49;激光辐照10min 后,G 带中心波数为1601.3cm ?1,G/2D =0.42;(b)局部放大图
图6(a)多层石墨烯材料在激光辐照前后的拉曼光谱,激光辐照功率为1W;激光辐照前,G 带中心波数为1587.3cm ?1,G/2D =2.37;激光辐照10min 后,G 带中心波数为1590.3cm ?1,G/2D =1.78;激光辐照20min 后,G 带中心波数为1590.3cm ?1,G/2D =1.59;激光辐照30min 后,G 带中心波数为1590.3cm ?1,G/2D =1.53;(b)局部放大图
D 峰和G 峰的排列直接表征了碳材料的分子图谱.1350cm ?1拉曼峰为石墨烯的D 峰,此峰表征了石墨烯样品中的缺陷,同时也表征了石墨
烯的底面化学反应,此底面化学反应包括π键断裂和sp 2碳原子转变成sp 3碳原子
[15]
.D 带位
于1355cm ?1附近,是由K 区边界附近声子呼吸
振动模式A 1g 振动引起的[16],D 带是离散的,随着激发光子能量的变化而变化,在完美石墨烯样品中是观察不到这个振动峰的,只有当样品中出现缺陷时此峰才被激活.从图5所示结果可以看出本文的石墨烯样品有清晰的D 峰,这说明本文的石墨烯样品在生长过程中引入了很多缺陷.随着激光照射时间的增加,D 带强度减小,这说明激光的退火作用可以减小石墨烯样品中缺陷的数量.
G 峰为长波长光频声子,由所有成对的sp 2碳原子在环和链中的拉伸引起的E 2g 模
[17]
.石
墨烯G 峰的位置和线宽敏感于长波狄拉克费米子激发耦合,这就说明费米能级将向着远离中性点的方向移动
[15,17]
.初始石墨烯样品G 峰位
于1587cm ?1,随着激光辐照时间增加,G 峰能量上移到1601cm ?1,这意味着激光的退火作用使石墨烯费米能级向远离中性点方向移动.但是此频移低于石墨烯缺陷掺杂引起的频移[15].
石墨烯2D 拉曼峰是石墨烯布里渊区K 点附近最高光频支中两个相反动量的光子产生的.2D 拉曼峰频率是散射光子频率的两倍,其形状、线宽
和位置直接反映了石墨烯电子带结构,而这些电子带结构又同石墨烯原子层数有关.这主要是由于双共振导致石墨烯层与层之间的堆叠产生的电子带分裂,而2D 带恰恰反映了电子带的分裂[18].经激光辐照后,石墨烯2D 拉曼峰频移仅几个波数,这说明2D 拉曼峰对外界强激光的辐照反应并不是很明显.G 峰与2D 峰强度比表征了石墨烯样品的碳原子层数,初始G/2D 强度比为0.49,高强度532nm 激光辐照10min 后,此比值减小,这说明高强度激光的热作用使石墨烯材料熔化剥离,即高强度激光的烧蚀作用减小了石墨烯材料的厚度.
图7给出了石墨烯材料在高强度532nm 连续激光作用下的损伤形貌.石墨烯出现明显的激光辐照损伤痕迹,但没有明显的断裂痕迹,从损伤局部图可以看出石墨烯损伤形貌成波纹状.石墨烯样品吸收入射激光能量,当吸收的热量达到石墨烯熔点时,石墨烯样品发生熔融,熔融的石墨烯样品在激光辐照的冲击下发生流动,激光辐照一旦停止,熔融石墨烯样品固化,留下波纹状损伤形貌.
图7石墨烯损伤形貌(a)整体;(b)局部
4结论
石墨烯材料作为新型光电材料具有其他材料无法比拟的光电特性.单层石墨烯样品为几乎光学透明的半金属膜,随着层数的增加,透过率成比例下降.石墨烯材料经激光辐照后吸收入射激光能量熔融,熔融的石墨烯材料在入射激光的冲击下发生流动,激光辐照停止后固化成波纹状损伤形貌.激
光的热作用使石墨烯样品退火,激光辐照单层石墨烯样品后,G 带和2D 带均向高频移动,而多层石墨烯样品经激光辐照后只有G 带发生了略微的频移.拉曼实验结果表明强激光对石墨烯样品具有明显的剥离作用.这些研究结果将有助于理解和预估石墨烯材料的某些特性,对新型石墨烯光电子器件的设计和开发具有指导意义.材料特性直接决定材料的使用,石墨烯优异的光学、电学特性使其有望
被用于发展更薄的光电子器件、透明触摸屏、太阳能电池、新型激光器等等.在现有研究的基础上,我们将进一步加强石墨烯光饱和吸收特性以及缺陷掺杂对石墨烯光电特性的影响,力求进一步改善和提高石墨烯的光电特性.
[1]Novoselov S K,Geim A K,Morozov S V,Jiang D,Zhang Y,
Doubonos S V,Grigorieva I V,Firsov A A2004Science306666 [2]Campos-Delgado J,Kim Y A,Hayashi T,Morelos-Gomez A,Hof-
mann M,Endo M,Terrones H,Shull R D,Dresselhaus M S,Ter-rones M2009Chem.Phys.Lett.469177
[3]Jiao L Y,Zhang L,Wang X R,Diankov G,Dai H2009Nature458
877
[4]Castro Neto A,Guinea F,Peres N,Novoselov K,Geim A2009
Rev.Mod.Phys.81109
[5]Bolotin K,Sikes K J,Jiang Z,Klima M,Fudenderg G,Hone J,
Kim P,Stormer H L2008Solid State Commu.146351
[6]Balandin A A,Ghosh S,Bao W Z,Calizo I,Teweldebrhan D,Miao
F,Lau C N2008Nano Lett.8902
[7]Geim A K,Novoselov K S2007Nat.Mater.6183
[8]Li X S,Cai W W,An J B,Kim S,Nah J,Yang D X,Piner R,Vela-
makanni A,Jung I,Tutuc E,Banerjee S K,Colombo L,Ruoff R S 2009Science3241312[9]Takeuchi M,Muto S,Tanabe T,Arai S,Kuroyanagi T1997Phil.
Mag.A:Phys.Conden.Matter Struct.Defects Mech.Properties 76691
[10]Niwase K2002Phil.Mag.Lett.82401
[11]Zaiser M,Banhart F1997Phys.Rev.Lett.793680
[12]Brunetto R,Baratta G,Strazzulla G2004J.Appl.Phys.96380
[13]Compagnini G,Baratta G1992Appl.Phys.Lett.611796
[14]Nair R R,Blake P,Grigorenko A N,Novoselov K S,Booth T J,
Stauber T,Peres N M R,Geim A K2008Science3201308 [15]Jung N,Kim N,Jockusch S,Turro N J,Kim P,Brus L2009Nano
Lett.94133
[16]Ferrari A,Robertson J2000Phys.Rev.B6114095
[17]Yan J,Zhang Y,Kim P,Pinczuk A2007Phys.Rev.Lett.98
166802
[18]Hulman M,Halu?s ka M,Scalia G,Obergfell D,Roth S2008Nano
Lett.83594
Raman spectrum research on graphene modi?cation
under high intensity laser?
Zhang Qiu-Hui1)2)?Han Jing-Hua2)Feng Guo-Ying2)Xu Qi-Xing1)
Ding Li-Zhong1)Lu Xiao-Xiang3)
1)(Department of Electrical Information Engineering,Henan Institute of Engineering,Zhengzhou451191,China)
2)(College of Electronics and Information Engineering,Sichuan University,Chengdu610064,China)
3)(Electrical and Computer Engineering,University of Houston,USA)
(Received2March2012;revised manuscript received17April2012)
Abstract
The graphene samples with different numbers of layers are prepared by chemical vapor deposition,the relation between the number of graphene layers and the transmission at550nm is analyzed by graphene transmission spectrum.Besides,the damage characteristics of graphene under high intensity laser irradiation are analyzed.The results show that under the laser irradiation,for the single layer graphene,G band and2D band shift toward high frequeney but for the multilayer graphene,only G band shifts a litile;the ratio between intensities of G band and2D band in Raman spectrum characterizes the number of graphene layers,and it increases with the irradiated time,so the high intensity laser can peel the graphene.
Keywords:graphene,Raman spectrum,modi?cation
PACS:42.25.BS,81.05.ue,78.30.Ly
*Project supported by National Natural Science Foundation of China(Grant No.60890203).
?E-mail:newyear1234@https://www.360docs.net/doc/5715195585.html,
石墨烯拉曼测试解析
3.1 石墨烯AFM测试详解 单层石墨烯的厚度为０.335ｎｍ，在垂直方向上有约１ｎｍ的起伏，且不同工艺制备的石墨烯在形貌上差异较大，层数和结构也有所不同，但无论通过哪种方法得到的最终产物都或多或少混有多层石墨烯片，这会对单层石墨烯的识别产生干扰，如何有效地鉴定石墨烯的层数和结构是获得高质量石墨烯的关键步骤之一。 石墨烯的表征主要分为图像类和图谱类图像类以光学显微镜透射电镜TEM 扫描电子显微镜、SEM和原子力显微分析AFM为主而图谱类则以拉曼光谱Raman红外光谱IRX射线光电子能谱、XPS和紫外光谱UV为代表其中TEM、SEM、Raman、AFM和光学显微镜一般用来判断石墨烯的层数而IRX、XPS和UV则可对石墨烯的结构进行表征，用来监控石墨烯的合成过程。且看“材料+”小编为您一一解答。 3.1.1 AFM表征 图1 AFM的工作原理图
图3.1 AFM工作的三种模式 关于AFM的原理这里就不多说了，目前常用的AFM工作模式主要有三种：接触模式，轻敲模式以及非接触模式。这三种工作模式各有特点，分别适用于不同的实验需求。 石墨烯的原子力表征一般采用轻敲模式（TappingMode）：敲击模式介于接触模式和非接触模式之间，是一个杂化的概念。悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/敲击样品表面。这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。因此当检测柔嫩的样品时，AFM的敲击模式是最好的选择之一。【材料+】微信平台，内容不错，欢迎关注。一旦AFM开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等，用于物体表面分析。 优点：很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。 缺点：比ContactModeAFM的扫描速度慢。 3.1.2 AFM表征石墨烯原理 AFM可用于了解石墨烯细微的形貌和确切的厚度信息，属于扫描探针显微镜，它利用针尖和样品之间的相互作用力传感到微悬臂上，进而由激光反射系统
石墨烯改性
综合实践论文 题目：石墨烯改性研究进展 班级：高分子112 姓名：陈阳建 指导老师：祖立武 日期：2014年6月20日
石墨烯改性研究进展 陈阳建 齐齐哈尔大学材料学院，黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展，分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中，石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化；石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点，并在原有改性方法的基础上，展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯；改性；综述；共价键功能化；非共价键功能化；掺杂；离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment
石墨烯在环氧树脂中的应用
石墨烯在环氧树脂中的应用 石墨烯的简介 石墨是碳单质的同素异形体，碳元素的神奇的六号元素，碳单质同素异形体从最硬到极软，从全吸收到全透光，绝缘体到半导体到导体，绝热到良导热，而石墨烯就是单原子层的石墨。 石墨烯增强树脂机理 石墨烯具有很大的表比面积，加上石墨烯的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使石墨烯变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。官能团化石墨烯表面含有羟基，羧基等化学基团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导电性 改性的石墨烯于环氧树脂复合，加入2%的改性石墨烯，环氧复合材料的储能模量增大113%，加入4%是，强度增大38%。纯EP树脂的电阻为10^17欧姆.厘米，添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导热性 将碳纳米管、石墨烯加到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 20 vol%
GNPs, 复合材料的导热系数可达7.3W/mK. 石墨烯在环氧树脂中的应用——阻燃性 当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯时阻燃值提高23.7%，加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高43.9%。 石墨烯导热塑料的优势 石墨烯导热塑料容易加工、成型耗费能源少、密度适中做出产品轻巧、可降解对环境污染小、加工可自动化高效、颜色丰富任意调整、仓库运输成本大量降低、不易碰撞变形、可绝缘不易造成安全隐患，散热均匀。 环氧树脂的种类 1. 缩水甘油醚型树脂缩水 2.缩水甘油脂型树脂 3.缩水甘油胺型树脂
4.脂环族环氧化合物 5.线状脂肪族环氧化合物。 环氧树脂的用途 环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。 其中固化剂是必不可少的添加物，无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂，否则环氧树脂不能固化。 由于用途性能要求各不相同，对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。
石墨烯介绍
1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半
导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。
关于石墨烯电池的调研报告
关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“”说道“2014年12月初，西方媒体报道，西班牙Graphenano 公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池，一次充电时间只需8分钟，
石墨烯的应用领域
第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。
正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电
氧化石墨烯的制备及表征
氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046
氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要：石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3]，其片层厚度一般只能达到30~100 nm，难以得到单层石墨烯(约0.34 nm)，并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液，再通过化学还原获得，已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词：氧化石墨烯，石墨烯，氧化石墨，制备，表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat：Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the
石墨烯基二维材料改性防腐涂料研究进展
一第３７卷一第７期２０１８年７月中国材料进展ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＨＩＮＡＶｏｌ ３７一Ｎｏ ７Ｊｕｌ ２０１８ 收稿日期:２０１８－０５－２２ 基金项目:青岛海洋科学与技术国家实验室２０１６年度开放基金资 助项目(ＱＮＬＭ２０１６ＯＲＰ０４０９)?国网浙江省电力公司 科学技术项目资助(５２１１ＮＢ１６０００Ｆ) 第一作者:王雪珍?女?１９８４年生?助理研究员 通讯作者:蒲吉斌?男?１９７９年生?研究员?博士生导师?Ｅｍａｉｌ:ｐｕｊｉｂｉｎ＠ｎｉｍｔｅ ａｃ ｃｎＤＯＩ:１０ ７５０２/ｊ ｉｓｓｎ １６７４－３９６２ ２０１８ ０７ ０８石墨烯基二维材料改性防腐涂料研究进展 王雪珍１?卢光明１?周开河２?姜一山３?徐孝忠２? 俞红生２?戚浩金２?蒲吉斌１ (１.中国科学院宁波材料技术与工程研究所?浙江宁波３１５０００)(２.国网浙江省电力公司宁波供电公司?浙江宁波３１５０００)(３.中国科学院武汉文献情报中心?湖北武汉 ４３００００)一蒲吉斌摘一要:石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构?是碳纳米管二石墨等其他碳材料 的基本单元?石墨烯具有优异的力学二热学和电学性能?有望在电子二传感二能源二航天二防腐等 多个领域得到应用?由于石墨烯具有二维层状结构和大的比表面积?同时具备对水二氧和氯离子等 的阻隔特性?因此在防腐涂料领域具有广阔的应用前景?逐渐成为防腐涂料研究的热点?综述了近 年来国内外石墨烯基二维材料改性防腐涂料的研究现状?并对今后石墨烯基二维材料改性防腐涂料 的研究方向进行了展望? 关键词:石墨烯?纳米材料?环氧树脂?聚氨酯?改性防腐涂料?研究进展 中图分类号:ＴＱ６３０ ７一一文献标识码:Ａ一一文章编号:１６７４－３９６２(２０１８)０７－０５５１－０９ ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅＢａｓｅｄＴｗｏ￣ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＭｏｄｉｆｉｅｄＡｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅＣｏａｔｉｎｇｓ ＷＡＮＧＸｕｅｚｈｅｎ１?ＬＵＧｕａｎｇｍｉｎｇ１?ＺＨＯＵＫａｉｈｅ２?ＪＩＡＮＧＳｈａｎ３?ＸＵＸｉａｏｚｈｏｎｇ?２ＹＵＨｏｎｇｓｈｅｎｇ２?ＱＩＨａｏｊｉｎ２?ＰＵＪｉｂｉｎ１ (１.ＮｉｎｇｂｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ?Ｎｉｎｇｂｏ３１５０００?Ｃｈｉｎａ)(２.ＳｔａｔｅＧｒｉｄＮｉｎｇｂｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ?Ｎｉｎｇｂｏ３１５０００?Ｃｈｉｎａ)(３.ＷｕｈａｎＬｉｂｒａｒｙ?ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ?Ｗｕｈａｎ４３００００?Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｏｎｅｙｃｏｍｂｌａｔｔｉｃｅｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｓｉｘ￣ｍｅｍｂｅｒｃａｒｂｏｎｒｉｎｇ.Ｉｔｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｕｎｉｔｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ?ｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄｏｔｈｅｒｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ｉｔｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ?ｓｕｃｈａｓｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｐａｃｅａｎｄａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｓｗｅｌｌａｓｂａｒｒｉｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｏｗａｔｅｒ?ｏｘｙｇｅｎａｎｄｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎｓｅｎａｂｌｅｇｒａｐｈｅｎｅａｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｕｔｕｒｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆａｎｔｉ￣ｃｏｒｒｏｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓａｎｄｔｈｕｓｍａｋｅｉｔｔｏｂｅａｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｅ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｍｏｄｉｆｉｅｄａｎｔｉｃｏｒｒｏ￣ｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ?ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｓｐｅｃｔｓａｌｓｏｈａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ?ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ?ｍｏｄｉｆｉｅｄａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓ?ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ 1一前一言 石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构?是碳纳米管二石墨等其他碳材料的基本单元?石墨烯具有优异的力学二热学和电学性能?堪称 新材料之王 ?有望在电子二传感二能源二航天二防腐等多个领域得到应用?石墨烯薄膜仅有１个碳原子的厚度?这赋予了石墨烯极好的力学性能?其理论杨氏模量达到了１ ０ＴＰａ? 拉伸强度达到了１３０ＧＰａ?同时它还具有非常好的导热
石墨烯塑料的制备方法及产业化方向
石墨烯塑料的制备方法及产业化方向 石墨烯塑料的制备方法 石墨烯塑料（石墨烯改性塑料复合材料）性能的优劣与其制备过程中的加工条件是分不开的。不同的制备方法导致石墨烯在基体中的分散性、界面作用和空间结构均有所不同，而这些因素则决定了复合材料的刚度、强度、韧性和延展性等。 就目前研究所知，对于石墨烯塑料，可以通过对剪切力、温度和极性溶剂的控制来控制石墨烯的分散程度以及石墨烯片层的剥离程度。 石墨烯塑料的物理制备方法包括溶液混合法和熔融共混法，化学方法方面应用较多的有原位聚合法、乳液混合法、层层自组装技术（LbL）等。 溶液混合法 溶液混合法是将石墨烯材料（GO、RGO）在溶剂中溶解制得悬浮的单层石墨烯，使其*程度地分散在聚合物基体中。如将改性氧化石墨烯GO分散在有机溶剂中，还原得到石墨烯RGO，然后与聚合物进行溶液共混制成复合材料。溶液混合法能将石墨烯较好地分散在聚合物基体中。这种方法因其分散效果好、制备速度快以及能够很好地控制各成分的状态而得到了广泛的应用;但该方法需要使用有机溶剂，会对环境造成不良影响。 熔融共混法 熔融共混法是一种无溶剂制备方法，利用挤出机产生的剪切力克服界面作用力将填料分散在聚合物熔体中。熔融共混中由于分别制备石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸与形态可控，但是石墨烯在聚合物基体中集聚而不易分散，并且与聚合物的界面作用较差。熔融共混法是制备石墨烯塑料比较实用的方法，其工艺较为简单，可实现大规模低成本制备，但是较高的温度和局部压力会影响复合材料各成分的稳定性。 原位聚合法 原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，然后加入催化剂引发反应，*制得复合材料。通过检测发现，这种方法没有破坏复合材料的热稳定性，不过原位聚合法的反应条件难以确定，加入导热添加剂后会对聚合物产生不确定影响。
石墨烯分散方法
石墨烯分散方法 石墨烯具有优良的性能，科研工作者考虑将其作为增强体加入到基体材料中以提高基体材料的性能。但是，由于其较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。为了得到性能优异的石墨烯增强复合材料，科研工作者在克服石墨烯团聚、使其分散方面做了诸多研究。分散方法简介如下： 1、机械分散发 利用剪切或撞击等方式改善石墨烯的分散效果。吴乐华等以纯净石墨粉为原料，无水乙醇为溶剂，采用湿法球磨配合超声、离心等方式得到石墨烯分散液，通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱分析均证明石墨烯为几个片层分散。 2、超声分散发 利用超声的空化作用，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而达到改善分散效果的目的。Umar等将石墨在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中采用低功率超声处理，随着超声时间的延长，石墨烯分散液的浓度随之升高，当超声时间超过462h后，石墨烯分散液浓度能够达到1.2mg/mL，这
是由于超声所产生的溶剂与石墨烯之间的能量大于剥离石墨烯片层所需要的能量，进而实现了石墨烯的分散。3、微波辐射发 采用微波加热的方式产生高能高热用以克服石墨烯片层间的范德华力。Janowska等采用氨水作为溶剂，利用微波辐射处理在氨水中的膨胀石墨以制备石墨烯分散液，透射电镜观测结果表明制得的石墨烯主要为单、双和少层(少于十层)石墨烯，并且能够在氨水中稳定分散，研究证实微波辐射产生的高温能够使氨水部分气化，产生的气压对克服石墨烯片层间的范德华力具有显著的作用。 4、表面改性 通过离子液体对膨胀石墨进行表面改性来提高石墨烯的分散性。这种改性属于物理方法，它能降低改性过程对石墨烯结构和官能团的影响。经过改性的石墨烯片层粒径小，呈现出褶皱的状态；通过离子液体改性后的石墨烯可以长时间在丙酮溶液中保持均匀的分散状态，并且能够均匀分布在硅橡胶基体中，离子液体链长增加使得样品更加均匀地分散。 采用具有强还原能力的没食子酸作为稳定剂和还原剂，制得了具有高分散性的石墨烯。由于分子中苯环结构和石墨烯之间形成了π—π共轭相互作用，从而作为稳定剂吸附在石墨烯表面，这使得石墨烯片层具有较强的负电性，
石墨烯的表征
石墨烯的表征方法 拉曼光谱分析 拉曼光谱是碳材料分析与表征的最好工具之一。图1是石墨、氧化石墨和石墨烯的拉曼光谱。从图中看出石墨仅在1576 cm-1处存在一个尖而强的吸收峰(G 峰)，对应于E2g光学模的一阶拉曼散射，说明石墨的结构非常规整。当石墨被氧化后，氧化石墨的G峰已经变宽，且移至1578 cm-1处，并且还在1345 cm-1处出现一个新的较强的吸收峰(D峰)，表明石墨被氧化后，结构中一部分sp2杂化碳原子转化成sp3杂化结构，即石墨层中的C=C双键被破坏。此外G带与D带的强度比也表示sp2/sp3碳原子比。这进一步说明氧化石墨中sp2杂化碳层平面长度比石墨的减小。当氧化石墨被还原后，还原氧化石墨即石墨烯的拉曼光谱图中也包含有类似氧化石墨的峰位。石墨烯拉曼光谱图中两个峰(D与G)的强度比高于氧化石墨的，表明石墨烯中sp2杂化碳原子数比sp3杂化碳原子数多，也就是说石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸比氧化石墨的大。这说明了在本实验条件下氧化石墨被还原时，它只有一部分sp3杂化碳原子被还原成sp2杂化碳原子，即氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态，也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。 图1. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)拉曼光谱
X-射线衍射分析 图2是石墨、氧化石墨和石墨烯的XRD图。从图中可以看出石墨在2θ约为26°附近出现一个很尖很强的衍射峰，即石墨(002)面的衍射峰，说明纯石墨微晶片层的空间排列非常规整。石墨被氧化后，石墨(002)面的衍射峰非常小，但在2θ 约为10.6°附近出现很强的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。这说明石墨的晶型被破坏，生成了新的晶体结构。当氧化石墨被还原成石墨烯，石墨烯在2θ约为23°附近出现衍射峰，这与石墨的衍射峰位置相近，但衍射峰变宽，强度减弱。这是由于还原后，石墨片层尺寸更加缩小，晶体结构的完整性下降，无序度增加。 图2. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)的XRD图 原子力显微镜表征 原子力显微镜图像能得到石墨烯的横向尺寸，面积和厚度等方面的信息。一般用来分辨单层或双层石墨烯。
关于石墨烯 拉曼光普 扫描电镜 能谱的原理
1、石墨烯是什么？如何制备？ 石墨烯是一种从碳材料中剥离出来的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42?。石墨烯內部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。 石墨烯的制备方法有以下几种： （1）撕胶带法/轻微摩擦法 最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年，海姆等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。 （2）碳化硅表面外延生长 该法是通过加热单晶碳化矽脱除矽，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。 用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，克莱尔?伯格（Claire Berger）等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。在C-terminated表面比较容易得到高达100层的多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。 （3）金属表面生长 取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖8 0 ％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。 但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。 （4）氧化减薄石墨片法 石墨烯也可以通过加热氧化的办法一层一层的减薄石墨片，从而得到单、双层石墨烯 （5）肼还原法 将氧化石墨烯纸置入纯肼溶液（一种氢原子与氮原子的化合物），这溶液会使氧化石墨烯纸还原为单层石墨烯。 （6）乙氧钠裂解 一份于2008年发表的论文，描述了一种程序，能够制造达到克级数量的石墨烯。 首先用钠金属还原乙醇，然后将得到的乙醇盐产物裂解，经过水沖洗除去钠盐，得到黏在一起的石墨烯，再用温和声波振散，即可制成克级数量的纯石墨烯。
石墨烯的摩擦学性能
期末报告 学 院：材料工程学院 专 业：材料工程 学 号： 姓 名： 任课教师：赵元聪 日期：20160107
石墨烯的表面改性以其摩擦学中的应用 摘要 介绍石墨烯特点的基础上，综述了石墨烯表面改性的研究情况，包括有机小分子及聚合物改性无机改性以及元素掺杂等，同时总结了石墨烯在摩擦领域中的应用，如作为润滑油添加剂，制备纳米复合材料，制备润滑膜等，并展望了其在该领域中未来的研究方向。 1.介绍 石墨烯是碳原子以SP2杂化的单层堆积而成的蜂巢状二维原子晶体，其化学形态与碳纳米管外表面相似，表面结构较碳纳米管更为开放，且杨氏模量和本征强度也可与碳纳米管相媲美，从而表现出与碳纳米管相似的应用特性，如良好的韧性和润滑性，可用于耐磨减损材料及润滑剂的制备等。近年来，石墨烯优异的摩擦性能已引起了人们越来越多的关注，其片层滑动，摩擦磨损机理及在摩擦领域的应用已有诸多研究和报道。然而，结构完整的石墨烯化学稳定性高，与其他介质相互作用较弱，且层间存在很大的范德华引力，难以在许多常见溶剂中分散形成稳定的溶液，给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。本文重点介绍石墨烯的表面改性研究进展及其在摩擦领域中的相关应用。 2.制备方法简介 2004年Geim等[1]首次用微机械剥离法成功获得单层的石墨烯以来其特有的电学、热学、力学等性质引起了科学家的广泛关注。随着研究的深入展开,石墨烯的制备方法也越来越多样化，目前主要的方法有微机械剥离法、氧化还原法、溶剂剥离法、化学气相沉积法和外延生长法等[2]。由于石墨烯超薄的厚度及优异的摩擦性能，使其在纳米尺寸数据存储设备、纳米复合材料和纳米机电系统中具有很大的潜在应用价值。这就使得石墨烯与其它材料接触时表面的相互作用研究，如摩擦力、粘附力和磨损等,显得尤为重要。
拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用
拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用 发表时间：2019-01-11T15:52:54.703Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月下作者：张鲁一航[导读] 石墨烯属于由sp2碳原子组合而成的二维原子晶体结构，由于该物质在结构上非常特殊，也有独特的性质，所以受到了学者们的普遍关注。（陆军勤务学院，401311） 摘要：石墨烯属于由sp2碳原子组合而成的二维原子晶体结构，由于该物质在结构上非常特殊，也有独特的性质，所以受到了学者们的普遍关注。拉曼光谱属于高效、简便的用来表征物质结构的方式。其着重阐述在石墨烯结构表征中，光普曼技术的新的探究成果。第一，以石墨烯声子色散曲线为基础，着重阐述了是石墨烯的重点拉曼特征，并全面分析了石墨烯二阶和频与倍频拉曼特征，包括石墨烯低频拉曼特征的具体情况，同时阐述其对石墨烯结构表现出怎样的依赖特点。关键词：拉曼光谱；石墨烯；低频振动模 一、拉曼光谱应用烯结构表征中的基本介绍 石墨烯属于一种由sp2碳原子协同结合形成的六边形蜂窝状的二维原子晶体。它可以用来构建别的sp2杂化碳，并且是其中的一个核心组成部分，能够堆垛成为三维石墨，卷曲的话还可以展现出碳纳米管的状态，同时还能够包裹变成刘维度富勒烯，在碳材料领域是一种新型、极受欢迎的材料。在本文后续的探究中，笔者着重结合拉曼光谱技术对石墨烯和该物质的结构表征探究成果展开具体归纳和判定。 二、石墨烯声子色散和典型拉曼光谱特征 想要对石墨烯拉曼光谱进行分析，应当先阐述石墨烯声子色散曲线的概念。具体来说，在石墨烯单细胞中，会有A与B两个不等价碳原子，由此，从单层石墨烯的角度看，可分成六支声子色散曲线，具体就是三个生学支、三个光学支。面内与面外各对应原子振动方向、和石墨烯垂直的平面，纵、横向表示的是原子振动方向平行或是和A-B碳碳健垂直的方向。基于入射激光的作用，电子会从石墨烯带上转移到导带上，在电子和声子的相互作用下，会产生射散的现象，由此能够引发多个拉曼特征峰。 G峰在sp2碳原子面内振动的情况下出现，是基于布里渊区中心双重简并iTO以及iLO的光学生子作用下而形成的，体现出一定的E2g对称特点，属于单层石墨烯中仅有的一阶拉曼散射过程。 三、石墨烯层数、边缘和缺陷态的拉曼光谱表征 对比G峰来看，单层石墨烯的G’峰要明显更强，同时，其还体现出了很好的单洛伦兹峰型，在层数逐步增加的情况下，G’峰半峰宽也逐步变大，同时还会想高波数位移。G’峰会在双生子双共振的情况下出现，和石墨烯的能带结构有很大的关联性，针对AB堆垛的双层石墨烯，电子能带结构会出现裂分的情况，两支抛物线组成了价带与导带，双共振散射过程会出现四种可能，游戏，双层石墨烯G’峰能够你和成四个洛伦兹峰，同理，其还能够以六个洛伦兹峰来进行拟合。石墨烯的拉曼光谱在层数不同的情况下，会出现G’峰不同的情况，G在层数波动的情况下，G峰的强度也随之出现正向变化，之所以会存在这样的情况，就是因为多层石墨烯中的碳原子被检测到的可能性更大。所以，G峰强度、G’峰和G峰强度之别包括G’峰的峰型都可以作为判定石墨烯层数的参考条件，以拉曼光谱在判定石墨烯层数的情况下，会体现出一定的优势，它能够体现石墨烯的本征信息，而并非是基于基地来作出判断。 四、石墨烯的堆垛以及掺杂效应为拉曼特征造成的影响的 针对层数较少的石墨烯，层间堆垛形式会对它们的晶格对称性造成严重影响，堆垛方式不同的话，电子能带结构、曾建平不等方面的特征也会发生变化，一般来说，机械剥离的三层石墨烯都被判定为ABC堆垛方式，这是由于其有极强的热稳定性。不过，Liu等学者在展开该类石墨烯的具体探究之后了解到，基于常规的机械剥离之下形成的三成的三层石墨烯，有一部分样品是具备ABC堆垛形式的，就算是针对有均匀厚度的三层石墨烯，依然有15%的堆垛区域，探究结果表示，ABA堆堆三层是模型属于半金属型的，具体的能带重叠程度可以基于电厂的调节而发生变化。但ABC堆垛而成的三层石墨烯属于半导体，以施加栅压的方式能够对其带隙展开调节。 五、外界环境为石墨烯拉曼光谱带来的影响 长波光学声子会影响石墨烯G峰，从而使其对外界环境有更高的灵敏度，在石墨烯所处外部温度出现波动的情况下，G峰峰位也会出现波动，在特定的温度范围区间当中，温度更高，石墨烯拉曼G峰也就更向低波数位移，和温度之间构成线性关系、对于应力来说，石墨烯的拉曼特征也会起到非常明显的影响作用。能够发现，在石墨烯受到应力作用的情况下，G峰与G’峰都会超低波数位移，和所受应力之间有线性关系。在特定情况下，石墨烯拉曼位移受应力的影响而发生的变化是由可逆性的，其征峰红移可看做是碳-碳健的拉伸，有研究表明，在石墨烯接触到拉伸的应力时，拉曼特征峰会王低波数位移，基于压缩应力的作用，会从碳原子间距离的缩减到高波数位移。 六、石墨烯的和频与倍频拉曼特征极及其结构依赖性 前文我们着重阐述了石墨烯的典型拉曼特征，包括石墨烯自身晶体结构以及受外界因素的影响，拉曼特征峰所发生的具体变化，同时阐述了具体成因，由此也引发了一个疑问，除了以上描述的这些拉曼特征信号之外，石墨烯还有没有别的特征峰存在？针对这一问题，我们要具体判定它的振动性质，单层石墨烯是一种六角晶系，它们的布拉维原胞中仅有两个碳原子，和空间群D6h相对应。针对n层AB堆垛石墨烯来说，在n时偶数的情况下，和双层石墨烯的对称性是相当的；在n是奇数的情况下，和三层石墨烯的对称性是相当的。 七、石墨烯的对拼拉曼特征和其结构依赖性 Tan等多位学者在对仪器进行改进的基础上，结合交叉偏振的策略对Si基底背景进行控制，最终发现了少层石墨烯剪切振动末，同时基于斯托克斯以及反斯托克斯线来展开峰位的较重，最终得出结论：振动模的峰位和石墨烯的层数密切相关。低能层间振动模和石墨烯层数有紧密关联，层间振动涵盖剪切模与呼吸模在内。当年针对层间呼吸振动模的测定是基于倍频或是别的声子模的和频而达成的，尽管很多想?从理论层面对其进行了相应探究，不过在测量方面的探究却极为有限，Lui以其和面内纵光声子模LO的和频为基础，对层间呼吸为石墨烯层数，激发光能量包括堆垛方式层面的依赖性展开了具体探究，同时结合理论计算进行了具体阐述，最终发现，在激光能量持续提升的情况下，峰位也会往高波数位移，组成部分也更具分裂性。参考文献
石墨烯研究进展
石墨烯研究进展 李建光 （山东大学化学与化工学院 2009级应用化学专业济南 250100） 摘要石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元，具有很多奇异的电子及机械性能。自2004年安德烈·海姆(Andre Geim)教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov) 研究员首次制备出石墨烯以来，石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注。
1 前言
碳元素(C)可以说是自然界最为神奇的元素。首先，碳是构成地球上生命体不可或缺的元素，所有的生物体都含有大量的碳元素；其次，碳元素可以构成许多性质奇特的材料，例如，它不仅可以构成已知最为坚硬的物质(金刚石)，也能够形成如石墨这种较软的材料，而完全由碳元素所构成的炭/炭复合材料，是一种可以在2000℃以上使用，甚至可以承受高于3000℃的温度而仍保留很高强度的材料，是目前在惰性气氛中高温力学性能最好的材料。在纳米世界，碳元素的表现也同样令人们吃惊，除了已知的神奇碳纳米管(Carbon Nanotube)、富勒烯(Fullerene)外，2004年，Geim等制备了由碳原子构成的另一类纳米材料——石墨烯(Graphene)，有时也被翻译为单原子层石墨晶体(或单层石墨)。实际上，Graphene正是构成碳纳米管、富勒烯，以至石墨块材等的基本单元(Basic Building Block)，如图 1所示。现在，由碳原子所构成的具有几个原子层(通常小于10层)的晶体也都可称为Graphene。石墨烯的迷人之处不仅在于它神奇的二维结构，还在于它所拥有的独特的物理性质。石墨烯自从被发现以来，引起了很多科学工作者的关注，他们投入大量的热情去挖掘这种新奇材料的特性，至今已发现石墨烯在电、光和磁等方面都具有的许多奇特的性质。 人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。石墨烯(Graphene)的理论研究已有60多年的历史。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”而共同获得20l0年的诺贝尔物理学奖。