石墨烯

题目：

石墨烯的结构性能以及研究现状

院

（

部

）

系

所

学

专

业

年

级

、

班

级

学

号

完

成

人

姓

名

材料科学与工程学院

材料工程

2014

级

2014730056

卫明

摘要

采用 对氧化石墨进行高温还原获得石墨烯，通过高速剪切分散法将石墨烯分散到聚二

甲基硅氧 烷中，

固化后得到石墨烯

/

室温硫化< /p>

( RTV)

硅橡胶复合材料。

对石墨 烯和复合材料

的微观形貌进行了表征，

并考察了复合材料的性能 。

结果表明，

所制备石墨烯的厚度为

1

～

3 nm

，为具有较少层数的石墨烯片层结构

;

复合材料断面呈微相分离 结构，但其差示扫描量

热曲线只有

1

个 玻璃化转变温度

(

Tg

)

。随着石墨烯用量的增加，复合材料的

Tg

升高，结

晶熔点降低。

关键词：

石墨烯；复合材料；力学性能

Abstract

Graphene

was

prepared

by

reducing

graphite

oxide

with

hydrazine

hydrate

as

reductant.

Graphenewasdispersed in -polydimethylsiloxane by high-speed shearing dispersion

graphene

/room

temperature

vulcanized

(RTV)

silicone

rubber

composites

were

obtained

after

curing.

The

micro

morphology

of

graphene

and

the

composites

were

characterized

and

the

properties

of

the

composites

were

analyzed.

The

results

showed

that

the

as- prepared

graphene

nanosheet

had

fewer

layers

and

its

thickness

was

1

－

3

nm.

The

composites

had

a

microphase

separation

structure,

but

its

differential

scanning

calorimetry

curve

exhibited

only

one

glass

transition

temperature

(Tg)

and

one

crystalline

melting

point(Tm).

With

the

increase

of

the

content of graphene, Tg increased and Tm decreased.

Key words

: graphene;

composite; mechanical property

第一章

前言

1.

石墨烯

1.1

石墨烯的概述

近二十年来，碳纳米材料一直是纳米科技领域中的重要研究课题。

1 985

年发现的富勒

烯

(Fuller ene)

[1]

(1996

年被授予诺 贝尔奖）和

1991

年发现的碳纳米管

(Carbon Nanotub)

[2]

，已

成为零维和一维碳纳米材料的经典代表，均引发了世界范围的研究热潮。然而，碳纳米材

料家族中二维成员是否稳定存在还是一个谜。

20

世纪

30

年代，

Laudau

和

Peirels

等物理学

家认为，任何准二维晶体中的原子由于其本身的热力学不稳定性，将偏离晶格位置，导致

在有限温度下都不可能稳定存在

[3-5]

。

< br>直到

2004

年，

英国曼切斯特 大学的

Geim

课题组利用

非常简单的 胶带剥离石墨的方法首次制备出了稳定的高质量的单层和少数几层石墨烯

（

Graphene

，也称单层石墨）

[6]

，这一发现不仅证实了二维碳纳米材料的存在，还将碳材料

家族进一步充 实，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚

石和石墨的完 整体系，如图

1-1

所示。自

2004

年以来，石墨烯由于其优异的性能而受到了

全世界科学家的广泛 关注，迅速成为纳米材料研究的国际前沿和热点

[7-10]

。

Fullerene

Diamon

Carbon Nanotube

Graphite

Graphene

图

1-1

石墨的同素异形体

石墨烯 （

Graphene

）是由碳原子构成的具有单原子层厚度的二 维晶体，碳原子之间以

sp

2

杂化方式 互相键合形成蜂窝状晶格网络，其基本结构单元是苯六元环，可看作是一层被

剥离的石墨 片

[11,

12]

，如图

。石墨烯是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为

0.35nm

，

厚度仅为头发的

20

万分之一。

石墨烯内部的碳原子由很高键能的大共轭< /p>

π

键相互连接，

其

碳碳键长度约为

0.142nm

，如图

1-2(b)

所示。研究发现，当石墨层的层数少于

10

层时，就