石墨烯基金屬納米復(fù)合材料的制備及電學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯，一種由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)碳質(zhì)材料，是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·海姆（A.K.Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（K.S.Novoselov）共同發(fā)現(xiàn)的，石墨烯的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了碳基材料在二維領(lǐng)域上的空白。由于其具有特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理性能，近年來在實(shí)驗(yàn)科學(xué)和理論科學(xué)領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注，被認(rèn)為是未來能夠取代硅的一種新型電子材料?；谑┑膹?fù)合材料已在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、傳感器

2、、儲(chǔ)能等諸多領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛能。本論文主要以化學(xué)修飾后的石墨烯——氧化石墨烯為前驅(qū)體，使用不同方法制備了石墨烯基金屬或金屬半導(dǎo)體納米復(fù)合材料，制得的石墨烯基復(fù)合材料展現(xiàn)出諸多優(yōu)異的物理學(xué)性能。主要內(nèi)容如下：
　　1.化學(xué)法制備氧化石墨烯
　　采用Hummers法成功制備了氧化石墨原料，經(jīng)過超聲剝離得到單分散的氧化石墨烯（Graphene Oxide），并對其進(jìn)行了紅外和拉曼光譜、掃描電鏡以及X-粉末衍射表征。

3、　　2.利用不同方法制備石墨烯納米薄片
　?。?）氧化還原法使用硼氫化鈉和水合肼兩種還原劑，對超聲剝離后的單分散氧化石墨烯進(jìn)行熱還原，制得的石墨烯進(jìn)行導(dǎo)電率測試，對比發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯還原后重新石墨化，導(dǎo)電性恢復(fù)。
　?。?）物理超聲剝離法采用物理微機(jī)械超聲手段，用乙醇、鄰二氯苯等有機(jī)溶劑對石墨進(jìn)行剝離，得到了單層和多層石墨烯。測試結(jié)果表明有機(jī)小分子或含苯環(huán)分子能對層狀石墨原料進(jìn)行層層剝離。
　　3.使用“同步還原”法制備

4、石墨烯基Ag納米薄膜
　　以氧化石墨烯為納米襯底，硝酸銀為Ag的供體，采用“同步還原法”制備了準(zhǔn)二維的石墨烯基銀（GNs-Ag）納米粒子復(fù)合膜。在反應(yīng)體系中，游離的金屬正離子首先吸附到氧化石墨烯的含氧官能團(tuán)上（主要是羧基），然后在還原劑作用下，金屬離子和含氧官能團(tuán)發(fā)生同步還原，生成金屬納米粒子，同時(shí)含氧官能團(tuán)消失。吸附在石墨烯邊緣的銀納米粒子，作為石墨烯片層之間電子傳輸?shù)臉蛄海沂故┍∑嗷ミB接成膜，有效阻止了石墨烯納米薄片

5、的團(tuán)聚，使其表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。
　　4.“原位吸附沉積”法制備石墨烯基Ag2S金屬半導(dǎo)體納米復(fù)合物，并研究了該復(fù)合物在超級(jí)電容材料中的應(yīng)用。結(jié)果表明，Ag2S半導(dǎo)體納米粒子功能化石墨烯具有很高的比電容，是未來理想的超級(jí)電容材料。
　　5.“水熱法”合成Ag/Ag2S/石墨烯納米復(fù)合材料，測試結(jié)果說明，三相復(fù)合材料具有更復(fù)雜的界面結(jié)構(gòu)和行為，由于微結(jié)構(gòu)與宏觀性能的密切關(guān)系，復(fù)合材料的界面研究必將是材料學(xué)研究的熱