發(fā)布時(shí)間：2018-08-15 15:16

【摘要】：石墨烯,(Graphene)是一種碳質(zhì)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(jié)構(gòu)的單層石墨,具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性、優(yōu)異的室溫導(dǎo)熱和透光性等特點(diǎn),應(yīng)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(lái)可被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、電子信息、高性能復(fù)合材料、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域。自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái),在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都引起了廣泛的關(guān)注和研究。然而,所有應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)都是建立在高品質(zhì)的材料基礎(chǔ)上,因此如何解決石墨烯材料的大規(guī)模制備以及如何實(shí)現(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合是需要長(zhǎng)期探討的課題。本論文圍繞石墨烯粉體的大規(guī)模無(wú)損制備,石墨烯在聲學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)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(kāi)了一系列研究。本論文的主題包括五部分內(nèi)容:第一章為緒論部分,這一章主要介紹了石墨烯的基本結(jié)構(gòu),基本性質(zhì),基本類別,表征方法和應(yīng)用等,并闡述了本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容;第二章分析了通過(guò)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(kuò)大;第三章論述了機(jī)械剝離法宏量制備石墨烯的方法,并提出了實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�的路徑;第四章展示了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯的制備及其在聲學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用;第五章是對(duì)現(xiàn)有工作的總結(jié)和未來(lái)努力方向的展望。第二章至第四章的內(nèi)容具體如下:第二章:在本章中,我們提出了一種通過(guò)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(jié)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(shí)對(duì)正壓退火的壓強(qiáng)和退火時(shí)間比較敏感,而退火的溫度、氣體比例、溫度、生長(zhǎng)壓強(qiáng)都可以在一個(gè)較大范圍內(nèi)調(diào)整,普適性比較好。解決了制備大面積銅箔基底石墨烯時(shí)銅箔品類受限問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中,我們還通過(guò)在PMMA/苯甲醚溶液中加入光刻膠來(lái)提高去膠的潔凈度;通過(guò)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(guò)電腦屏幕膜和塑封機(jī)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)大面積石墨烯薄膜的roll-to-roll轉(zhuǎn)移。第三章:在過(guò)去的12年間,石墨烯因其許多前所未有的先天特性,在基礎(chǔ)科學(xué)研究和相關(guān)的潛在商業(yè)應(yīng)用方面都引發(fā)了極大的關(guān)注。為了滿足對(duì)高質(zhì)量石墨烯片不斷增加的需求,迫切需要開(kāi)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(guò)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(jī)械解理方法用于大量生產(chǎn)零缺陷少層石墨烯薄片。測(cè)試結(jié)果表明剝離的石墨烯片沒(méi)有缺陷。本章提出的這種通過(guò)機(jī)械解理石墨的工藝方法可實(shí)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(guò)調(diào)節(jié)原始石墨村料的尺寸以及過(guò)濾條件來(lái)進(jìn)行控制,這就滿足了不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)κ�墨烯薄片尺寸的不同需求。第四�?我們利用化學(xué)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(jié)構(gòu)石墨烯。結(jié)果表明,編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨烯一旦被電場(chǎng)激發(fā)便可以發(fā)出聲音,這種現(xiàn)象可由熱聲效應(yīng)來(lái)解釋。由于石編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)石墨烯可以被置于高孔隙度襯底上,這是單層石墨烯無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,而高空隙度襯底可以降低熱損失提高熱聲效應(yīng)。通過(guò)利用編制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)石墨稀的透明性,柔韌性,機(jī)械性以及生物相容性,這種聲源可以廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合,在文中我們嘗試了在不同襯底上的熱聲效應(yīng)。五章:我們對(duì)現(xiàn)有工作進(jìn)行了總結(jié),展望了基于目前工作結(jié)果的未來(lái)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11

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本文編號(hào)：2184596