微机械法制备石墨烯和二硫化钼及对其拉曼光谱的特性分析

微机械法制备石墨烯和二硫化钼及对其拉曼光谱的特性分析
微机械法制备石墨烯和二硫化钼及对其拉曼光谱的特性分析

微机械法制备石墨烯和二硫化钼及对其拉曼光谱的特性分析[摘要]本文详细介绍了石墨烯和mos2的性能,如能带结构,载流子迁移率,相应的物理、化学、机械性能等。特别是多层到单层的变化情况,相应的物理、化学、机械性能等,以及能带变化在其光学反射率、荧光光谱、拉曼光谱上的反映。我们用微机械力法制备了100um线度的石墨烯和10um的mos2,并使用拉曼光谱作为手段鉴别石墨烯的层数,从石墨烯的g峰和2d峰的劈裂可以看出石墨烯晶格中的光子和声子的相互作用,对此现象我们做了数据处理、拟合和理论分析。且使用拉曼光谱测量了mos2单层、少量层、多层之间的变化,分析了其内在物理机制。

中图分类号:tn350 文献标识码:a 文章编号:1009-914x(2013)10-0017-02

前言

石墨烯的研究热毋庸置疑,我们的石墨烯实验室采用的微机械力方法是直接在诺奖课题组的技术上发展起来的,技术处于国内领先。二硫化钼的微机械力法制备在国内比较少见,用拉曼光谱探测二硫化钼的层数是国际少见的。

2004年,英国曼切斯特大学andre geim教授领导的课题组使用机械剥离法制备了世界上第一个单原子层的二维石墨烯晶体[1]。石墨烯的研究热潮可以归因于三点:第一,它的电子输运通过狄拉克方程来描述,这就允许了通过简单的凝聚态实验来研究量子电动力学[3];第二,纳米尺度下的石墨烯器件有望得到应用,原因是

剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物

剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物

学校代码:10722 学号:0808014113 分类号:密级:公开 剥离重组法制备石墨烯二氧化钛复合物 Stripping method for restructuring graphite surfaces titanium dioxide compound 作者姓名:邢世才 专业名称:化学 学科门类:理学 指导教师:邓玲娟 提交论文日期:2012年5月 成绩评定:

目录1.1 石墨烯材料简介 1.3 石墨烯复合物的制备方法 1.3.1 机械剥离法 1.3.2 氧化石墨还原法 1.3.3 SiC 分解法 1.3.4 化学气相沉积法 1.3.5电子束辐照法 1.3.6微机械分离法 1.4石墨烯材料的应用 1.4.1 石墨烯基电源材料 1.4.2 石墨烯复合材料 1.4.3 传感器 1.4.4 石墨烯晶体管 2.石墨烯复合材料的研究进展 1.1.1石墨烯与金属化合物复合 1.1.2石墨烯-非金属材料复合 1.1.3石墨烯与聚合物复合 3.石墨烯-二氧化钛复合物研究进展 1.5 本课题的特色与创新之处

文献综述 1.1 石墨烯复合材料的研究进展 石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构,是其他维的石墨材料的基础材料。它可以包裹形成零维富勒烯,卷起来形成一维碳纳米管,层层堆积形成三维石墨。自从Geim 等用胶带方法制备出石墨烯以来,其就引起物理界和化学界的轰动和极大的兴趣.石墨烯的这种特殊结构,使其表现出一些独特的物理性能,如室温量子霍尔效应、超高的电子迁移率和弹道运输、较长的电子平均自由路径、良好的热传导、较强的机械强度和出众的灵活性。其优异的性能、极大的比表面积和较低的生产成本(相对于碳纳米管),非常适合于高性能复合材料的开发.在实际应用中,石墨烯复合材料可以分为两类:石墨烯/无机复合材料和石墨烯/聚合物复合材料.制备石墨烯复合材料的方法主要有两种:先让氧化石墨与其他材料复合,再将其中的氧化石墨还原得到石墨烯纳米复合材料;或者用改性过的石墨烯与其他材料复合.这些复合材料广泛地应用在超级电容器、锂电池、电催化和燃料电池等领域。 1.1.1 石墨烯与金属化合物复合 金属化合物与石墨烯用不同方法制备复合材料,主要用于超级电容器、锂电池等领域.金属化合物包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等。 TiO2是一种应用广泛的半导体材料,由于其成本低、稳定性好、对人体无毒性,并具有气敏、压敏、光敏以及较强的光催化特性,而被广泛应用于传感器、太阳能电池和光催化等领域.Manga等通过喷墨印刷术处理前驱溶液氧化石墨和二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛)制备石墨烯-TiO2光电导薄膜.由于这种薄膜制备的光电导体设备具有宽带光电导性、高的光电探测能力和光导率,与纯TiO2的光电探测器相比具有更快的光响应。Williams等通过紫外照射TiO2悬浮液,使其释放电子还原分散在乙醇里的氧化石墨.TiO2颗粒和石墨烯相互作用阻碍剥离石墨烯的团聚.光催化技术不仅提供了紫外辅助还原技术,而且还开创了制备光敏石墨烯半导体复合材料的新途径.Tang等通过分子嫁接方法把化学剥离的石墨烯加入到TiO2纳米颗粒薄膜中,适用于染料敏化太阳能.由于石墨烯的高电导性,石墨烯/TiO2复合薄膜((3.6±1.1)×102Ω/cm)提高了纯TiO2纳米颗粒薄膜((2.1±0.9)×105Ω/cm)电导率2个数量级.此外,基于石墨烯/TiO2复合薄膜的染料敏化太阳能的功率转换效率(1.68%)比纯TiO2纳米颗粒薄膜(0.32%)高出5倍多,这表明了加入石墨烯能有效增强光电性能.其他的金属化合物例如磷酸亚铁锂(Li Fe-PO4)、氧化锡(SnO2)、氧化亚铜(Cu2O)、铂(Pt、硫化镉(CdS)与石墨烯复合材料可以用在锂电池、电催化和传感器等方面.

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

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

石墨烯的制备方法概述

石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯,验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下:首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上, 再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。

1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850°C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。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制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中,超声1h后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明,当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时,溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量,能够较好地剥离石墨烯

石墨烯的化学气相沉积法制备_图文(精)

收稿日期:2010 12 31; 修回日期:2011 02 14 基金项目:国家自然科学基金(50872136,50972147,50921004、中国科学院知识创新项目(K J CX 2 YW 231. 通讯作者:任文才,研究员.E m ai:l w cren@i m r .ac .cn;成会明,研究员.E m ai:l chen g @i m r .ac .cn ;高力波.E m ai:l l bgao @i m r .ac .cn 作者简介:任文才(1973-,男,山东东营人,博士,研究员,主要研究方向为石墨烯和碳纳米管的制备、物性和应用. E m ai:l w cren @i m r .ac .cn 文章编号: 1007 8827(201101 0071 10 石墨烯的化学气相沉积法制备 任文才, 高力波, 马来鹏, 成会明 (中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合实验室,辽宁沈阳110016 摘要: 化学气相沉积(CVD 法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、S i C 外延生长法和CV D 方法的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CV D 法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD 法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。关键词: 石墨烯;制备;化学气相沉积法;转移中图分类号: TQ 127.1+1 文献标识码: A 1 前言 自从1985年富勒烯[1] 和1991年碳纳米管[2]

液相法制备石墨烯

液相法制备石墨烯 摘要 近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。石墨烯是一种二维单元子层厚度的晶体,其碳原子呈蜂窝状晶格排布,并在单原子层厚度上集合了优异的电学、机械、光学与热学性质。目前人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。现有的石墨烯的制备方法有微机械剥离法、化学气相沉积法、液相或气相直接剥离法、晶体外延生长法﹑氧化-还原法等,但大规模高质量制备技术仍然是制约其进入实际应用的瓶颈之一。 本文采用液相直接剥离石墨来制备石墨烯,按照正交试验设计方案,通过多次实验,改变石墨与溶剂的配比、超声时间、超声功率等,使得石墨剥离充分,通过适当时间的高速离心得到分散较好的石墨烯分散液。再选用不同的溶剂同样对石墨进行剥离得到石墨烯分散液。实验结果表明使用二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂剥离石墨,当浓度配比在0.14mg/ml,超声时间在9小时时效果最好,丁达尔效应表明分散液分散效果良好, 紫外光谱(UV)结果分析得出DMF剥离石墨没有引入其他官能团,利用扫描电子显微镜(SEM)得出微观图,得到低于五层的石墨烯。 与其他石墨烯制备方法相比,本论文所采用的液相直接剥离法制备石墨烯具有仪器设备简单、原材料便宜易得、液相体系便于材料加工成型等优点。直接利用数控超声机对放有石墨的溶剂进行超声剥离,不涉及化学变化从而得到的样品质量高。 关键词:石墨烯,液相剥离,正交试验设计

Graphene by Liquid Phase-based Exfoliation ABSTRACT Graphene has attracted much interest in recent years due to its unique and outstanding properties. Graphene is a two-dimensional crystal with atomic thickness, whose atoms are arranged in a honey comb lattic. Different routes to prepare graphene have been developed and achieved. Preparation methods of graphene used in recent years are intensively introduced, including micromechanical cleavage, chemical vapor deposition, liquid/gas phase-based exfoliation of graphite, epitaxial growth on an insulator, chemical reduction of exfoliated graphene oxide, etc. But large high quality preparation technology is still restrict the bottleneck of entered actual application. In this paper, liquid phase-based exfoliation of graphite method was used to fabricate graphene. By controlling the graphite and solvent ratio, the ultrasonic time, ultrasonic power according to orthogonal test design. Make graphite stripping fully, and at the same time through proper time of high-speed centrifugal get spread good graphene dispersed, and then choose different solvents of graphite and on the same stripped of graphene to dispersed. The experimental shown that when using DMF as solvent stripping graphite, it brought the best results when the ultrasonic time is nine hours and the concentration ratio is 0.14mg/ml. Then Tyndall effect shown that the dispersion liquid had a good dispersion effect Ultraviolet spectroscopy (UV) analysis of the results obtained that other functional groups were not introduced in DMF stripped graphite.Finally, the Graphene less than five layers could be observed in the microgram obtained by scanning electron microscopy (SEM) In comparison with other methods, liquid phase-based exfoliation of graphite method in preparation of grapheme has advantages that the devices required are simple, raw materials are cheap and easy to get, liquid-phase state is easy to be further processed and suitable for mass production. Numerical control ultrasonic machine using directly to a solvent with graphite for ultrasound dissection, not only simple operation, but also very safe. KEY WORDS: graphene, liquid phase-based exfoliation, orthogonal experimental design

热膨胀剥离法制备石墨烯及其表征

以-48μm高纯鳞片石墨为原料,先采用Hummers法制备氧化石墨,再采用高温热膨胀剥离法制备石墨烯。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、N2 吸附-脱附(BET)等研究了氧化石墨及石墨烯的晶体结构、表面官能团、表面形貌、比表面积、孔径分布等。XRD 研究结果表明,氧化石墨层间距为0.94 nm,原有的石墨峰消失;热膨胀所得石墨烯(2θ=25.6°, d(002)=0.348nm)为无定形态。FT-IR 分析表明,石墨氧化过程中结构层间形成大量含氧官能团,经高温还原后仅残存部分含氧官能团。石墨烯具有较高的比表面积(336.7m2/g),其厚度在0.4~0.7 nm 之间,为1~2 层石墨烯。 2004 年,英国曼切斯顿大学K S Novoselov 和A K Geim 等人,在实验中通过胶带反复剥离石墨片发现了只有1 个原子厚度单晶石墨膜——石墨烯。石墨烯材料具有理论高比表面积 (2600 m2/g) 以及奇特的电性能 (15000cm2/(V·s))、导热性能(3000 W/(m·K))、拉伸模量(1.01 TPa)、极限强度(116 GPa) 和光学性质,引起了科学家的广泛关注。 目前,石墨烯的制备方法主要分为化学法和物理法。化学法包括热膨胀剥离法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、电化学法、石墨插层法等。物理法包括机械剥离法、爆炸法、加热SiC 法、取向附生法。石墨烯可通过膨胀石墨超声或者球磨制备,其片层厚度一般为30~100 nm,难以得到单层石墨烯。本实验首先采用Hummers 法制备氧化石墨,在 1050 ℃高温热膨胀,并通过在水溶液中超声制备了1~2 层石墨烯。 1、实验部分 1.1、原料及试剂 天然高纯鳞片石墨,含碳99.99%,粒径为-48μm,其X 射线衍射分析表明(002)晶面间距为0.336 nm。高锰酸钾、98% 浓硫酸、硝酸钠、30%双氧水、5% 盐酸,均为分析纯。 1.2、实验方法 氧化石墨制备:采用Hummers 法制备氧化石墨。首先在干燥烧杯中加入55 mL 98%浓硫酸和1 g 硝酸钠,冰浴条件下冷却,当体系温度低于5 ℃时,搅拌中加入2 g 鳞片石墨,混合均匀后,缓慢加入5 g 高锰酸钾,控制反应液温度不超过 20 ℃,反应2 h,然后将烧杯置于 35 ℃左右的恒温水浴中,均匀搅拌,待混合液温度升至 35 ℃,反应30 min,加入92 mL 去离子水,控制反应液温度在 98 ℃左右,继续搅拌15 min,然后加入280 mL 去离子水将反应终止,同时加入20 mL 30% 双氧水,这时溶液从棕黑色变为鲜亮的黄色,趁热过滤,并用2

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。

CVD法制备石墨烯

题目: CVD法制备石墨烯及其进展

目录 1. 石墨烯 1.1 石墨烯简介 2.石墨烯的制备方法 2.1 物理方法制备石墨烯 2.1.1机械剥离法 2.1.2取向附生法—晶膜生长 2.1.3 液相和气相直接剥离法 2.2 化学法制备石墨烯 2.2.1 化学气相沉积法 2.2.2外延生长法 2.2.3 氧化石墨还原法 3.化学气相沉淀法制备石墨烯 3.1碳源 3.2生长基体 3.3 生长条件 4.不同基体时制备特点 4.1以镍为基体 4.2以铜为基体 5.讨论 6.总结与展望 参考文献

摘要: 石墨烯作为一种近年来发现的新材料,拥有许多独特的理化性质,在多个领域具有很大的应用潜力,成为了目前研究的热点。在多种制备石墨烯的方法中,化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)法所制备的石墨烯具有面积大、质量高、均匀性好、层数可控等优点,被广泛采用。一般可采用镍,铁,铜,铂等过渡金属作为生长衬底,目前,研究中多采用铜衬底,这是由于其相对比较经济且所生长的石墨烯质量较好。但是如何利用化学气相沉积(CVD)在金属镍(Ni)和铜(Cu)衬底上实现高质量大面积石墨烯的可控生长还存在很大的难度。本文将重点介绍化学气相沉淀法制备石墨烯。 关键词:化学气相沉淀法,石墨烯 1. 石墨烯 1.1 石墨烯简介 石墨烯是一种二维晶体,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。石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,相互连接,形成一个碳分子,其结构非常稳定;随着所连接的碳原子数量不断增多,这个二维的碳分子平面不断扩大,分子也不断变大。单层石墨烯只有一个碳原子的厚度,即0.335 纳米,相当于一根头发的20万分之一的厚度,1毫米厚的石墨中将将近有150万层左右的石墨烯。石墨烯是已知的最薄的一种材料,并且具有极高的比表面积、超强的导电性和强度等优点。 石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15 000 cm2 /(V·s),又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料[12]。因为它的电阻率极低,电子跑的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。 2石墨烯的制备方法

石墨烯的制备方法有哪些

石墨烯的制备方法有哪些 石墨烯的制备方法有哪些?石墨烯是近年来兴起的一种新型高科技材料,应用广泛,价值巨大,不过也存在一些缺点,那就是以目前的技术和设备来说,生产和制备不是一件容易的事,技术门槛相当高,且产率较低,成本不菲。下面就让我们一起来看看石墨烯的制备方法有哪些吧。 微机械剥离法 2004年,Geim等初次用微机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,只能作为实验室小规模制备。 溶剂剥离法

溶剂剥离法的原理是把少量的石墨分散于溶剂中,形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层间,进行层层剥离,制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构,可以制备高质量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率高(大约为8%),电导率为6500S/m。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯,整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。 先进纳米材料制造商和技术服务商——江苏先丰纳米材料科技有限公司,2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。科研客户超过一万家,工业客户超过两百家。 南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内,现专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向,立志做先进材料及技术提供商。 2016年公司一期投资5000万在南京江北新区浦口开发区成立“江苏先丰纳米材料科技有限公司”,建筑面积近4000平方,形成了运营、研发、中试、生产全流程先进纳米材料制造和技术服务中心。现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线,2017年年产高品质石墨烯粉末50吨,石墨烯浆料1000吨。 欢迎广大客户和各界朋友莅临我司指导!欢迎电话咨询或者登陆我们的官网进行查看~

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

石墨烯的制备方法

一.文献综述 随着社会的发展,人们对材料的要求越来越高,碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年 确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯;1991年发现了碳纳米管;2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯 家族中又一纳米级功能性材料,它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现,其已 成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。 制备石墨烯的方法有很多种,如外延生长法,氧化石墨还原法,CVD法, 剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。 除此之外,还对其的一些性能进行表征。 二.石墨烯材料 2.1石墨烯材料的结构和特征 石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层 碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。 ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合 材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的 研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石 墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste: 等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的 2倍多,可用于水净化系统。

石墨烯的化学气相沉积法制备 2

石墨烯的化学气相沉积法制备

摘要:化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨 烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点,重点 从结构控制、质量提高以及大面积生长等发面评述了CVD法制备石墨 烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能 发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与 无损转移等。 关键词:石墨烯制备化学气相沉积法转移 Abstract chemical vapor deposition(CVD) is an effective way for the preparation of preparation of graphene with large area and high quality.In this review,the echanism and characteristics of the four main preparation methods of graphene are briefly introduced ,including microm echanical Cleavage,chemical exfoliation,SiC epitaxial growth and CVD. The recent advances in the CVD growth of graphene and the related transfer techniques in term of structure contral, quality improvement and large area graphene synthesis were discussed .Other possible methods single crystalline graphene ,graohene nanoribbons and graphene avrostructures. Keywords : Graphene,Preparation, Chemical vapor deposition; transfe

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