扭转双层石墨烯物理性质、制备方法及其应用的研究进展

石墨烯是一种准二维蜂窝网状结构新型纳米材料,石墨烯的层数和构型对其性能产生重要影响.固体中准粒子的量子状态由其本身的对称性质所决定,扭转双层石墨烯打破了对称性,引起了强烈的层间耦合作用,改变了扭转双层石墨烯的电子能带、声子色散、形成能垒等物性,产生了独特的性能,如可以连续调控带隙0-250 meV,光电效应的响应度相比于单层石墨烯提高了80倍,因此对扭转双层石墨烯功能化研究有重大意义.本文同时还论述了扭转双层石墨烯向类金刚石转变的理论与实验研究进展,发现扭转双层石墨烯呈现出具有类金刚石结构与性能特征.进一步阐述调控扭转双层石墨烯的扭转角度对其内在性能的影响,揭示这种新型纳米结构在原子层次的行为特征.最后介绍了如何调控制备扭转双层石墨,分析其调控机理,讨论了各种制备工艺的不足与发展趋势.因此本文从扭转双层石墨烯的输运性质、晶体结构转变、制备三个方面展开阐述,并对其在先进电子器件领域的潜在应用进行了展望.

石墨烯疏水性能研究

通过化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底表面生长石墨烯,探究生长时间对石墨烯疏水性能和微结构的影响。利用接触角测量仪、傅里叶红外光谱仪、拉曼光谱仪、场发射扫描电镜研究石墨烯的疏水性能和微结构。发现生长时间是30min时,石墨烯的接触角最大,为129.96°,表现出疏水性,红外测试表明只有CC,拉曼分析发现在10~30 min的生长时间下,石墨烯都出现了3个特征峰。较大的接触角使石墨烯有望作为疏水材料,甚至可以通过对其疏水改性让它在超疏水领域存在潜在应用。

三维网状石墨烯的合成及其吸附性能研究进展

基于模板法和自组装法制备纳米材料的思路,人们把二维石墨烯片组装成三维网状结构,合成具有大比表面积、高孔隙率和独特网状结构的三维石墨烯(3D石墨烯)。由于独特的网状结构,使其在处理水中污染物质方面有着良好的应用前景。因此,可以通过增强石墨烯之间的联结作用和对其进行掺杂改性,来提高3D石墨烯与污染物质之间的静电作用、氢键作用和络合作用等。本文总结了模板辅助化学气相沉积法(模板辅助CVD法)、冰模板法、水热法和化学还原法等制备3D石墨烯及其在处理污水中重金属离子、有机物和染料的研究进展及成果。

蓝宝石衬底上石墨烯的制备研究

开展了化学气相沉积(CVD)法在蓝宝石衬底上直接生长石墨烯的制备研究和模拟研究,研究衬底表面形貌和生长温度对石墨烯的影响。运用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等对石墨烯生长开展了微结构研究。模拟研究发现,氢气对衬底表面形貌具有重要影响,在H原子的作用下Al—O键被拉长了51.42%,近乎断裂,因而对蓝宝石衬底的表面粗糙度产生影响。实验发现H2对蓝宝石衬底有刻蚀作用,刻蚀后的蓝宝石衬底表面粗糙度Ra变大,不易于石墨烯生长。随着生长温度的升高,生长的石墨烯质量也逐渐变好。

生长时间对镍基石墨烯生长影响的研究

石墨烯具有优异的性能,常运用在储氢材料、新型电池等领域。本实验采用化学气相沉积法(CVD)在镍基上制备石墨烯,控制生长时间,研究其对石墨烯结构的影响。通过透射电镜以及拉曼光谱观察,发现镍基上长出了石墨烯。随着生长时间的延长,石墨烯生长出的层数越多,因此,为了获得单层石墨烯,应该控制好生长时间。