多层石墨烯插层化合物的制备及电导率调控研究

由于多层石墨烯的低载流子密度限制了其电导率,为了提升石墨烯电导率,通过两温区气相插层方法制备了基于激光诱导石墨烯(LIG)的一阶与二阶石墨烯插层化合物,利用XRD、扫描电子显微镜、拉曼光谱等对插层化合物进行形貌和结构表征,用标准的四探针法测试了电导率。结果表明该化合物很好的保留了LiG的三维多孔结构,为电子传导提供了快速通道;其电导率由纯LIG的634 S/m提高到一阶插层的943 S/m和二阶插层的1 306 S/m,且插层过后仍然能够较完整的转移到其他基面,结构没有破坏。插层过程是由插层剂从中心向边缘逐渐扩散形成的,插层剂分子在插层过程中的剧烈运动,LiG表面发生破损。

FeCl_(3)-石墨层间化合物的制备及其对聚偏二氟乙烯膜电导率的影响

以FeCl_(3)和鳞片石墨为原料,通过改进熔融盐法制得高导电的FeCl_(3)插层的石墨层间化合物(FeCl_(3)-GICs);将其作为导电填料,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为基体,制备了具有各向异性导电的FeCl_(3)-GICs/PVDF复合导电膜。利用多种表征方法对所制备的FeCl_(3)-GICs填料及复合导电膜进行结构分析和性能评测。结果表明,FeCl_(3)-GICs产品层间距从石墨原料的0.335 nm增加至0.94 nm;其粉末电导率从石墨原料的2.86×10^(4) S/m提高到9.09×10^(4) S/m,导电性能提高3倍以上。以FeCl_(3)-GIC为导电填料制备的复合导电膜不仅可以将PVDF膜的水平方向电导率提高10个数量级,且具有电导率分布的各向异性;此外,复合导电薄膜表现出极好的柔性与稳定性,具有良好的应用潜力。

扭曲双层石墨烯的层间电导特性研究

扭曲双层石墨烯(TBG)由于具有莫特绝缘和非常规超导等新奇的电学特性,在纳米技术领域存在巨大的应用潜力.本文基于光学衍射物理方法,构建了一个适用于TBG的理论模型,并利用该理论模型研究了TBG的层间电导特性.研究结果较好地解释了TBG层间电导随扭转角变化的实验结果,并阐明了其物理机制.此外,本文还计算了电极参数、隧穿层厚度以及界面势强度等物理因素对层间电导特性的影响.计算结果表明:随着电极化学势的增大,层间电导关于扭转角的变化曲线近似整体向上平移;层间电导随着上层隧穿层厚度的增加而衰减并趋于稳定,而随着下层隧穿层厚度振荡;TBG两层扭转石墨烯的界面势强度越强,则层间电导随扭转角下降得越快.

石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容(C_A)始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

超细石墨插层化合物的制备及性能测试

以浓硫酸和重铬酸钾为强氧化剂,对2～5μm微粉石墨进行了浓硫酸和冰醋酸插层.通过控制反应物之间的比例,可制备出膨胀容积为7.6～13.6mL/g的超细石墨插层化合物.应用FTIR光谱仪和大气采样器研究了产物的红外消光能力和空中飘浮能力.结果表明,该产物与原石墨、市售可膨胀石墨相比有较大的空中飘浮能力及红外遮蔽能力.

再次插入法制备超大膨胀体积石墨层间化合物(英文)

为进一步增大膨胀石墨的膨胀体积,用二次插入的方法制备了石墨层间化合物。首先用化学氧化法制备了膨胀体积为250mL/g的可膨胀石墨,然后以膨胀体积为250mL/g的可膨胀石墨为原料,用二次插入的方法制备了膨胀体积为380mL/g的膨胀石墨。讨论了各种反应物比率、反应温度和反应时间对膨胀体积的影响。对制得的膨胀石墨进行了各种表征,XRD谱显示产物保持了天然石墨的层状晶体结构,但是产物的石墨层间距离增大。扫描电镜照片显示通过二次插入石墨层间确实被进一步打开。结果显示这种新的制备方法是可行的,它为纳米石墨材料的研究提供了新的思路。

三元石墨插层化合物的合成与表征

采用混合熔盐法 ,以 Cu Cl2 ,Fe Cl3为客体材料 ,粒径 1～ 10 μm天然鳞片石墨为主体材料 ,合成出 2 ,3阶结构的三元石墨层间化合物 Cu Cl2 - Fe Cl3- GICs.简述其制备工艺 ,应用 XRD,SEM,EDS对产物的晶体结构、表面形貌及元素组成进行测试表征 ,并检测和分析其电磁传导性能 .测试结果表明 Cu Cl2 - Fe Cl3- GICs是一种新型轻质导电材料 .

聚乙烯/石墨层间化合物热降解过程的TG-FTIR研究

将含磷化合物插层石墨层间化合物(GIC)用于聚乙烯(PE)的阻燃,采用氧指数(LOI)方法评价了PE/GIC的阻燃性能,并采用热分析-红外光谱联用技术(TG-FTIR)研究了PE/GIC的热降解过程,探讨了GIC的阻燃机理。研究表明,不同含磷化合物插层GIC阻燃聚乙烯的氧指数有显著差别,其中以多聚磷酸铵-GIC的阻燃效果较好,氧指数较高。TG-FTIR研究结果表明,GIC并未显著影响PE的热降解方式,但由于GIC体积膨胀所发生的氧化还原反应导致部分PE热降解提前并发生热氧化降解,促进了后期成炭的石墨化过程。

溴-石墨插层化合物

根据本实验室实验结果对比前人的研究结果，对一种传统的石墨层间化合物——溴－石墨插层化合物（Br－GIC）及其相关产物的制备、膨化特性、结构特点及其电性能进行了研究。

石墨层间化合物在插层过程中阶的转变模式

应用原位ＸＲＤ（Ｘ射线衍射）法，研究了石墨层间化合物（ＣＩＣ）在插层过程中阶次的转变模式。结果表明：不同的插层体系和插层条件产生不同的成核和扩散情况，从而导致在插层过程中试样的不同阶次转变模式。

热处理制备Cr_2O_3-石墨插层化合物的研究

以三氧化铬(CrO_3)与石墨为原料,利用真空热处理方法制备了三氧化二铬(Cr_2O_3)石墨的插层化合物(GICs)。运用X射线衍射(XRD)分析石墨插层化合物。结果表明:经热处理后,在1400℃时CrO_3与石墨形成了纯5阶的石墨的插层化合物。XRD分析表明,对网状层面结构的天然石墨,可以利用物理的方法使一些非碳反应物(原子、分子、离子、或粒子团)插入石墨层间,从而改变石墨的层面结构,使产物出现新的物理性质和化学性质。X射线光电子能谱(XPS)分析和表征了Cr离子以3价的形式存在于石墨插层化合物中。

熔盐法合成金属氯化物-石墨插层化合物的判据(英文)

研究了熔融盐状态下金属氯化物-石墨层间化合物的合成判据。根据插层反应热动力学及化学键理论,选取元素的电负性和离子势作为键参数,并设计键参数函数λ为客体材料的遴选判据。基于键参数函数图对金属氯化物发生插层反应的难易程度和产物稳定性进行理论预估。研究结果表明:键参数函数图中λ≤1.2区域内的金属氯化物在700℃以下即可发生插层反应,且所得产物较为稳定;在1.2≤λ≤1.8区域内相应的客体材料在低温下很难单独插入石墨层间,常与低熔点氯化物形成共熔体后一起插入石墨层间;在λ≥1.8区域内大多为碱金属氯化物和碱土金属氯化物,理论分析认为这类物质的插层反应不适宜采用熔盐法。

石墨层间化合物插层反应动力学机理

本文以当前研究得较多的熔盐法（ＭｏｌｔｅｎＳａｌｔｓ）合成ＧＩＣ样品，通过实验对ＧＩＣ的插入反应进行研究，提出合理的插层反应动力学机理，指出在实际合成过程中限制反应速率的反应阶段。

硫酸石墨插层化合物的物性研究

通过在过氧化氢化学氧化法和 K Mn O4 -H2 O2 氧化法制备硫酸石墨插层化合物的基础上 ,详细讨论了其物理性质 ,如物相分析、热分析、红外谱图分析、导电性和低温比热的性质等。其中 XRD研究表明石墨的表面氧化对插层反应是必不可少的。TG和 DTA分析表明过氧化氢氧化法制备产物插层反应完全。IR谱进一步确证热分析的结果。低温比热研究表明在某些温区发生相变 ,十分“类似于”纳米材料的低温比热行为。

电化学法合成的FeCl_3－ZnCl_2三元石墨层间化合物插入层畴结构的研究

用扫瞄透射电镜（ＳＴＥＭ）和扫瞄隧道电镜（ＳＴＭ）配合，观测分析了电化学法合成的ＦｅＣｌ_３－ＺｎＣｌ_２三元ＧＩＣ插入层的畴结构。发现了条状、网状、指纹状三种畴，并测定了畴的尺度数量级，发现形成畴后，近邻碳原子面发生隆起变形，观测到畴内插入层物质取向与畴不一致。

X射线粉末衍射法分析石墨插层化合物的结构

根据X射线粉末衍射谱图,对经不同方式处理的石墨的结构进行分析,用对比方法比较了它们衍射谱图中衍射峰位置和强度的差异,分析其原因,进而判断它们的结构特征.结果表明可以利用适当的方法使一些非碳反应物插入石墨层间,从而制成石墨层间化合物(GIC),改善其性能,扩大其应用领域.

FeCl_3/石墨插层化合物的制备及储锂性能研究

以无水氯化铁和鳞片石墨为原料,采用熔盐法制备了FeCl_3/石墨插层化合物(FeCl_3-GIC),使用X-射线衍射仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪等研究了材料的组成结构;以所得的插层化合物为电极材料组装成扣式锂离子半电池,测试了其电化学储锂性能。实验结果表明:FeCl_3与石墨形成了二阶FeCl_3-GIC插层化合物,部分Fe^(3+)转变成了三氧化二铁。FeCl_3-GIC化合物用作锂离子电池负极材料时,在50 mA/g电流密度下,首次放电容量达到1220mAh/g,200 mA/g电流密度下循环100次后容量还能保持在355 mAh/g。FeCl_3-GIC化合物表现出良好的储锂性能,可以作为锂离子电池负极材料来使用。

水下电弧放电法制备NiCl_2-石墨插层化合物的研究

首次提出采用水下电弧放电法一步合成氯化镍石墨插层化合物(NiCl2-GICs)。合成插层化合物所用的母材为光谱纯石墨棒,插层剂为NiCl2。运用X射线衍射(XRD)分析和表征了6阶NiCl2-GICs的结构。通过X光电子散射(XPS)对NiCl2-GICs的研究发现其结合能发生了变化,表明在NiCl2和石墨中存在着电子的授受行为,并且Cl原子和C原子之间存在一定的键合作用。据此可以推测,NiCl2-GICs中与碳原子层最靠近的插层原子为Cl原子。研究结果表明,对NiCl2-GICs来说,这是一种简单可控的合成方法。

石墨层间化合物中夹层剂脱插对固体润滑剂粘附于金属上的影响

以溶剂法合成三阶氯化铁—南墅小鳞片石墨层间化合物与石墨氯化铁机械混合物分别擦涂于４５＃和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ钢表面。石墨层间化合物是在擦涂中夹层剂氯化铁逐步脱插与钢底材发生反应形成均匀的反应复合膜，而石墨氯化铁机械混合物的擦涂，则生成反应膜、氯化物水合物、石墨组成的非均匀的混合膜；因此，石墨层间化合物擦涂膜的耐磨寿命明显优于石墨氯化铁机械混合物的耐磨寿命。

超细粉FeCl_3-插层石墨化合物的制备与表征

采用定量混合法,以鳞片石墨为主体材料制备了FeCl3-GIC,应用XRD技术表征其层间结构,结果证实所得产物的阶结构以3阶为主、混阶共存,3阶FeCl3-GIC的特征层间距为0.945nm。应用振动样品磁强计测试产品的磁性能,结合EDS能谱图分析载流子的浓度变化,建立电荷迁移模型,讨论了石墨插层化合物的导电机理,应用红外热成像仪检测了粉末的干扰效果。研究表明超细粉FeCl3-GIC在军用远红外波段具有显著的消光特性。