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。

含少层石墨烯锂基润滑脂摩擦学与流变学性能研究

为了研究少层石墨烯对锂基润滑脂摩擦学与流变学性能的影响,通过机械搅拌、超声分散及三辊研磨的方式制备不同质量分数的少层石墨烯改性锂基润滑脂,利用MR-10型四球试验机和DHR-2旋转式流变仪分别考察其摩擦学性能和流变学性能。结果表明:少层石墨烯的加入可以有效提高锂基润滑脂的减摩抗磨性能,当少层石墨烯的质量分数为0.1%时效果最佳;少层石墨烯的加入,显著增加了润滑脂流动点对应的应变值和破坏润滑脂皂纤维所需的能量,以及皂纤维结构破坏后恢复所需要的时间。对试验数据进行回归分析,建立基于Herschel-Bulkley模型的不同质量分数少层石墨烯改性锂基润滑脂的流动方程。

少层石墨烯纳米流体的球磨法制备及其导热性能

针对高频化电子器件对散热技术日益增高的迫切需求,该文提出利用物理-机械手段,以天然膨胀石墨为原料,依靠机械碰撞和电荷相互作用,通过改变研磨时间,制备出不同粒径的少层改性球磨石墨烯,并通过水溶液分散技术获得了不同浓度的少层石墨烯纳米流体.利用XRD、Raman、TEM和激光粒度仪对所制备的少层石墨烯形貌、结构和粒径分布进行了表征.结果表明,所制备的少层石墨烯层数约为6~7层,其微晶尺寸较小,且具有规则的层状结构,粒径集中分布在80 nm附近且分布均匀.借助自主搭建的导热测试平台,研究了在浓度和粒径影响下少层石墨烯纳米流体的导热性能.研究发现,少层石墨烯纳米流体的热阻随着质量分数的增大而减小,导热系数明显大于基液且随着少层石墨烯粒径的减小而增大,在热管中的平均传热功率随质量分数的增大而增大.粒径为83.72 nm,质量分数为0.1%的少层石墨烯纳米流体的热阻比水降低10.96%,导热系数提高27.31%,平均传热功率提高193.1%.因此,这一方法未来将对电子器件、芯片散热技术的优化和提升具有重要的指导价值.

三氯化铁基少层石墨烯插层化合物的拉曼光谱

利用拉曼光谱技术,研究了三氯化铁插层掺杂的少层石墨烯薄片。通过G带拉曼成像可判明样品不同的插层掺杂部分及其掺杂程度。G带拉曼峰在双层石墨烯和四层石墨烯中分别为单峰和双峰的不同结构。在石墨烯边缘处,G带拉曼峰会比其内部多出1个本征的G0峰,说明石墨烯边缘仍然存在未经插层掺杂的石墨烯。经过插层的双层石墨烯2D带拉曼峰仍可拟合出4个洛伦兹峰。

磺酰氯促进金属氯化物插层石墨以实现高效钠存储

金属氯化物-石墨插层化合物具有导电性优异,石墨层间距大等特点,可用作钠离子电池负极材料。然而,在传统金属氯化物插层石墨过程中,不可避免地用到氯气,既增加了实验操作的风险,也对实验设备提出更高要求。基于上述原因,本文创新性地使用SO_(2)Cl_(2)作为氯源来促进BiCl_(3)插层石墨。该方法不仅有效提高了BiCl_(3)插层效率,也避免了直接使用氯气带来的安全性风险。采用该方法所合成的三氯化铋-石墨插层化合物(BiCl_(3)-GICs)的层间距为1.26 nm,BiCl_(3)插层含量高达42%。以其为负极材料,组装的钠离子电池具有高的比容量(213 mAh g^(-1)at 1 A g^(-1))和优异的倍率性能(170 mAh g^(-1)at 5 A g^(-1))。此外,原位拉曼光谱测试结果表明,首圈放电后石墨与插层的BiCl_(3)相互作用减弱,该过程有效促进了钠离子在石墨层内的存储。采用该方法可成功制备多种类型金属氯化物-石墨插层化合物,为开发高性能储能材料提供了可行思路。

三氯化铁基少层石墨烯插层化合物边界处的新奇性质

少层石墨烯插层化合物是将不同的原子或分子插入少层石墨烯层间,形成一层新的插层剂层的复合材料。插层剂的存在使得石墨烯层间距增大,同时不同插层剂也让石墨烯层的自由载流子发生迁移,从而得到具有不同电学、热学和磁学等性质的化合物。同时,由于少层石墨烯拥有与单层石墨烯近似的优越的机械、电学、光学等性质,因此少层石墨插层化合物在电极、超导、催化剂、储氢、

3-巯基丙基三甲氧基硅烷插层氧化石墨烯的硅烷化研究

本文报告了在不同硅烷化反应时间下,通过3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)对氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)插层并表面硅烷化。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)对所得产物(MPTS-GO)进行了表征。实验结果表明MPTS-GO的Si含量随着硅烷化时间的增加而减少,当硅烷化时间大于24 h时,所制备的MPTS-GO样品中的Si含量几乎相同。当硅烷化时间大于24 h时,GO硅烷化基本完成。本文提出,在插层硅烷化后,GO有序的层状结构被打乱,MPTS主要通过Si-O键与GO表面的羟基反应相连接。末端具有“自由”巯基的MPTS-GO可用于进一步的组装及性能研究。

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.

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。

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。

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。

磷酸在GO插层阶段的功能化调控及机理

针对氧化石墨烯(GO)制备过程中插层阶段的调控及机理研究对GO功能化应用于电极材料具有重要的研究意义.本文在改进Hummers法的基础上,向H_(2)SO_(4)插层剂中加入不同体积的H_(3)PO_(4),制备了不同氧化程度的GO.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段,分析了不同氧化程度的GO的微观形貌、元素组成、氧化程度,以探究H_(3)PO_(4)在插层石墨过程中的作用机理;并采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对不同H_(2)SO_(4)/H_(3)PO_(4)体积比下的GO进行电化学性能测试,分析了H_(3)PO_(4)对GO电化学性能的影响,以达到调控石墨的插层氧化从而提升GO导电性的目的.结果表明,单一的H_(2)SO_(4)使GO基面上的邻位二醇过度氧化造成孔洞,H_(3)PO_(4)的加入会扩大石墨层间距,使氧化剂更易进入石墨层间,并与1,2-二醇反应生成环状结构以起到保护基面的作用,从而提高GO的导电性.H_(3)PO_(4)作为辅助酸会协助H_(2)SO_(4)制备基面更加完整且氧化程度更高的GO,但其酸性较弱,不可完全代替H_(2)SO_(4)在氧化过程中的作用.

采用三氯化铁为插层剂,我国成功合成两层以上一阶次的石墨烯插层化合物

在科技部重大科学研究计划和国家自然科学基金的支持下，中科院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室谭平恒研究员研究组和英国剑桥大学Ferrari博士研究小组合作，利用三氯化铁为插层剂，成功合成了两层以上一阶次石墨烯插层化合物。通过控制反应条件和后处理方式，所合成的石墨烯插层化合物基本实现了石墨烯的完全掺杂，

氧化石墨烯/聚吡咯插层复合材料的制备和电化学电容性能

以FeCl3-甲基橙(MO)为模板,通过化学原位聚合法成功制备出氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)插层复合材料.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试技术对复合材料进行物性表征.此外,利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试方法对复合材料在两种不同水系电解液(1mol·L-1Na2SO4和1mol·L-1H2SO4)中的电化学性能进行了研究.结果显示:氧化石墨烯和聚吡咯表现出各自优势并发挥协同作用,使得GO/PPy插层复合材料在中性和酸性电解液中都显示出可观的比电容.电流密度为0.5A·g-1时,GO/PPy插层复合材料在Na2SO4和H2SO4电解液中的比电容分别为449.1和619.0F·g-1,明显高于纯PPy的比电容.经过800次循环稳定性测试后,两种不同电解液中,复合材料初始容量的保持率分别为92%和62%.其中酸性电解液体系中初始容量更大,而中性溶液中具有更稳定的循环性能.

插层剥离法制备的石墨烯性能与表征

为探寻制备石墨烯的新方法,以Na_2SO_4和KOH混合溶液为剥离液、以高纯定向热解石墨(HOPG)为原料,由电磁场交互作用剥离的石墨纳米微片,经超声波细胞破碎机分散和冷冻干燥,制备少层石墨烯粉末。利用扫描电子显微镜、高分辨透射电镜对其进行微观形貌表征和层数观察,X射线衍射仪对其晶格有序程度和层间距进行计算。同时,采用霍尔效应法测定少层石墨烯的薄膜电导率,采用物理N_2吸附法测定石墨烯的BET比表面积。结果表明:制备的少层石墨烯,具有薄纱状褶皱起伏的平面结构,边缘存在少量缺陷和卷曲,形状不规则的层与层间呈平行堆叠,且具有良好的透光性。其结构缺陷少、层数少(3~5层),电导率可达10~5~10~6S/m,BET比表面积超过80 m^2/g。插层剥离法能够快速制备石墨烯,且少层石墨烯导电性能和吸附性能良好。

微波膨化钾-四氢呋喃-石墨层间化合物制备膨胀石墨

为了开发一种在无硫酸介入下制备膨胀石墨的新工艺,达到无有害硫残余的目的,以钾-四氢呋喃-萘的有机络合物溶液为介质,用电化学法合成了钾-四氢呋喃-石墨层间化合物,并对其进行微波膨化。对膨化石墨表面形貌和结构进行了表征分析,探讨了钾-四氢呋喃-石墨层间化合物的电解插层机理。结果表明:钾同四氢呋喃的有机溶剂共嵌入石墨层间,且石墨层间化合物膨化后,钾与四氢呋喃在微波作用下迅速从石墨层间膨胀出来得到石墨微薄片,这些石墨薄片彼此叠合形成片层状外观,构成膨胀石墨良好的孔隙结构。

新型宽频吸波剂溴-插层化合物研究

制备了一种新型宽频吸波剂溴-石墨插层化合物及溴-插层石墨纤维,应用扫描电子显微镜对产物结构特点、表面形貌及膨胀性能进行研究,根据范德堡法测试粉末状溴-石墨层间化合物的电导率;由傅立叶红外变换光谱仪测试出超细粉溴-石墨插层化合物的吸光度,并由毫米波信号发生装置测试出溴-插层石墨纤维的衰减率,从而得到其质量消光系数。结果证实溴-插层化合物对工作在军用红外波段及8mm波段的电子设施能够可靠实施干扰。