高质量石墨烯制备方法的研究

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石墨烯是由一系列单层碳原子组成的具有平面结构的二维材料,其特殊的单原子层结构,使它具有许多独特的物理和化学性质,已成为目前研究的热点话题并被密切关注。到目前为止,有许多方法来制备石墨烯,如机械剥离法和外延晶体生长法的固相方法;氧化还原法、有机合成法和溶剂热法的液相法;化学气相沉积法和电弧放电法的气相法等。石墨烯被在广泛的应用于超级电容器、锂离子电池、纳米复合物等,并且是一种新型的电子材料,在未来能够取代硅材料。本文主要是在化学气相沉积和氧化还原方法的基础上,通过改变其制备过程中的关键参数来实现石墨烯的制备。在氧化还原方法上,本文通过改变传统方法制备过程中的工艺参数,来实现石墨烯的优化,并与传统方法制备的石墨烯进行了比较;在化学气相沉积方法上,在以氧化石墨为基底通过氢气还原,与无需添加氢气两种方法进行了对比;在以上四种方法的基础上,分别做了拉曼和扫描电镜分析,测试结果表明:制备出的石墨烯样品在质量和纯度上高低顺序为无需添加氢气的CVD法制备石墨烯ID/IG的比值为0.11,使用大量氢气还原氧化石墨制备石墨烯ID/IG的比值为0.8,改进传统参数制备石墨烯ID/IG的比值为0.87,传统法制备石墨烯ID/IG的比值为1.02;采用XRD衍射射线对CVD法制备石墨烯进行了表征,从衍射图谱中,可以看出制备的石墨烯纯度较好。最后,在论文的结论和展望部分,主要介绍了化学气相沉积法制备石墨烯的结论,并将传统和改性之间进行了相关的比较,通过改性制备出来的石墨烯在性能和质量上都有很大的提升;还对以后如何改进CVD管式炉和催化剂等方面提出了详细的建议。
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