新型层状材料：石墨烯

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1、新型层状材料：石墨烯新型材料的合成、性质及英应用结课论文的研究现状院（系、部）：材料科学与工程学院姓名：年级：专业：2016年6月1日•北京材料工程摘耍石墨烯由于独特的单原子层二堆结构及优异的性能，引起了众多学者研究兴趣，在材料，电子，化学.能源.生物医药等众多领域具有广阔的应用前景。通过查阅大量相关文献，本文总结了石墨烯的各种制备方法、表征方法及其在各领域的应用现状，展示了石墨烯的未來研究方向，为后续研究石墨烯的工作提供了可借鉴的思路。关键词：石墨烯，制备，表征，应用目录第一章石墨烯的简介及其制备技术的研究进展11.1石墨烯的简1.1.1石

2、墨烯的发1.1.2石墨烯的晶体结构11.1.3石墨烯的能带结构21.1.4石墨烯的电学性质21.1.5石墨烯的光学性质21.2石墨烯的制备方法31.2.1机械剥离法31.2.2氧化一还原法31.2.3SiC分解法31.2.4化学气相沉积法31.2.5电化学1.2.6取向附生1.2.7热膨胀剥离法41.2.8液相剥离法41.2.9石墨插层法51.2.10微波法51.2.11超临界CO2法51.2.12碳纳米管切割法61.3石墨烯的检测分析方法6131光学显微镜61.3.2拉曼光谱71.3.3原子力显微镜和透射电子显微第二章石墨烯的应用研2.1石

3、墨烯复合材料的应用92.1.1石墨烯填充聚合物复合材料92.1.2层状石墨烯聚合物复合材料102.1.3功能化石墨烯聚合物复合材料102.1.4块体石墨烯金属基复合材料112.2在晶体管方面的应用122.3在储氢方面的应用122.4在生物传感器方面的应用132.5在催化剂载体方甸的应用13第三章石墨烯基复合材料降解有机污染物研3.1石墨烯/钛系复合材3.2石墨烯/钮系复合材料153.3石墨烯/铁系复合材料163.4其它石墨烯基复合材料16参考文献17第一章石墨烯的简介及其制备技术的研究进展石墨烯的简介石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳纳米材料，

4、根据严格意义上的二维原子晶体理论，热力学上严格和独立的二维原子晶体是不稳定的，但是准二维(quai-wodimension)原子晶体材料，也就是具有褶皱的或者附着在其他基底上的二维材料是可以存在的。1丄1石墨烯的发现早在1934年，朗逾L.D.Landau闲佩尔斯(R.E.Peierls)］就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解。1966年,大卫•莫明(DavidMermin)和赫伯特•瓦格纳(HerbertWagner)提出Mermin-Wagner理论，指岀长的波长起伏也会使长程有序的二维品体受到破坏。因此

5、二维晶体石墨烯只是作为研究碳质材料理论模型，一直未受到广泛关注。直到2004年，英国曼彻斯特大学安德烈•盖姆(AndreGeim)教授和康斯坦丁诺沃肖罗夫(KostyaNovoselov)博士采取了一种特殊的方法获得了石墨烯，他们分离的方法极为简单，他们把石墨薄片粘在胶带上，把有粘性的一面对折，再把胶带撕开，这样石墨薄片就被一分为二。通过不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而最终部分样品仅由一层碳原子构成，这些由一层碳原子构成的样品就是石墨烯。石墨烯由于透明度非常高，仅仅只有一个原子层，肉眼很难发现，但是如果将石墨烯放置在带有一定

6、厚度的氧化硅的硅片上。利用光的干涉效应，就可以清楚的分辨出石墨烯。幸运的是当时石墨烯恰好被茹贴在有300nm纳米二氧化硅的硅片上，而这一二氧化硅的厚度恰好是最利于石墨烯被观测的厚度。1.1.2石墨烯的晶体结构石墨烯是碳原子在二维尺度上按六方晶格排列的蜂窝状的二维晶体,看起來由苯环组成的二维网络。其中碳原子之间通过Sp2sp杂化成键，每个碳原子与邻近的三个碳原子形成很强的6键，连接十分牢固，形成稳定的六边形状，而且极具柔韧性。碳一碳键长约为0.142nm,每个碳原子剩余一个未成键电子，这些未成键电子在垂直于晶面方向上形成兀键，并且在晶体中可以自

7、由移动，这就是为什么石墨烯有良好的导电性。11.1.3石墨烯的能带结构石墨烯的特殊的能带结构决定了其特殊的光电性质。石墨烯的带隙为0,紧束缚模型计算得到，石墨烯的能带结构如图1,导带和价带呈圆锥形,相交于布里渊区的狄拉克点(Dirac),与传统的金属半满带和半导体的有带隙的结构均不同。由于其禁带宽度为0,在室温下不需要额外的能量激发，价带顶的电子就可以进入导带底，因此石墨烯均有一定的金属性，它的载流子是静止质量为0的狄拉克费米子。图1石墨烯的能带结构1.1.4石墨烯的电学性质石墨烯虽然只有一层原子，但是其导电性却非常良好。在室温下，石墨烯的迁

8、移率可以高达15000cm2V-ls-lo而且是在以二氧化硅为衬底的情况下，如果采用对石墨烯散射更小的衬底或者是悬空石墨烯，石墨烯的迁移率将会更高，可高达10000