科技论文格式要求

科技 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 格式要求 齐齐哈尔大学 科技论文 齐 齐 哈 尔 大 学 无机非金属材料工程专业 科技论文 题 目 石墨烯的制备方法研究 学 院 材料科学与工程学院 专业班级 无机123班 学生姓名 何旭 指导教师 张永 成 绩 2015年 11月 18日 1 齐齐哈尔大学 科技论文 1(引 言 石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、晶体外 ,1延法、化学气相沉积法、插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等,5,。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其他材料体系进行复合。从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文论述了石墨烯的主要制备方法及其优缺点，并针对上述制备方法存在的问题，提出了一些见解和建议，概括了石墨烯在复合材料、微电子等领域的应用进展，并预测了其主要研究方向和发展趋势。 1.1 论文研究主要目的和方向 石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成的、具有蜂窝状晶格结构的二维碳质材料，因其具有密度小、比表面积大等特点，而且在力学、电学、光学等方面具有很多独特而优异的性能，已成为物理、化学和材料科学领域的研究热点。目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的“光”;导热系数高达5300W/(m?K)， 2高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm/V?s，而电阻率只约-610Ω/cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 然而，石墨烯由于具有大的表面能，极易团聚，因此难以在水和常用有机溶剂中均匀分散，从而极大限制了其应用。而用其他功能性纳米材料实现石墨烯的杂化复合，在解决石墨烯自身团聚问题的同时，也能赋予石墨烯本身所不具备的优异性能，因此在诸多领域都有着广阔的应用前景。目前，石墨烯的杂化复合功能化仍面临很多待解决的问题，比如如何利用简单方法实现石墨烯与其他纳米粒子的杂化复合和有序聚集组装，如何在将石墨烯及石墨烯基杂化粒子应用于聚合物复合材料体系时，以实现其在聚合物基体中的均匀分散和(或)定向排列等。 1.2 选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值 1.2.1 理论意义 石墨烯具有独特的物理、化学和力学性能。石墨烯的加入可以显著提高复合材料的 2 齐齐哈尔大学 科技论文 多功能性和加工性能，因而它在导电高分子材料、多功能复合材料、高强度多孔陶瓷材料等领域有着广泛的应用。 石墨烯在电场下依然具有很高的载流子迁移率，载流子的迁移速率受温度及化学掺杂的影响很小，载流子在室温下可以表现出弹道运输的形式。因而，利用石墨烯来制备弹道输运晶体管吸引了大批科学家的兴趣，研究表明石墨烯可能是制备金属晶体管的最好材料。 好的非线性光学材料通常具有大的偶极矩和π体系等特点，而石墨烯的结构特征正好符合这些要求，因而有望应用于特种光学器件领域。 石墨烯具有比表面积大、电导率高等优点，为电子传输提供了二维环境，使其成为电化学生物传感器的理想材料，用以检测各种生物分子。 室温下的量子霍尔效应、弹道输运性质和超高的电子迁移率等使得石墨烯在纳米电 [6-8]子学方面有重要的应用潜力;理想的光学和力学性质，使得石墨烯在微米和纳米力学系统有重要的研究价值;另外，石墨烯是唯一在实验上可重复制备的二维晶体，为很多理论研究提供了实验平台。 1.2.2 实际价值 现阶段，人们己经在石墨烯的制备技术上取得了积极的进展，涌现出了多种制备高质量石墨烯的方法和工艺，为基于石墨烯的基础研究和应用课题提供了重要的保障。由于石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能，以及密度小、比表面积大等特点，使其在复合材料、能源转换与存储材料、传感器、微纳电子器件等领域都得到广泛的应用。 2012年1月8日，全球首款手机用石墨烯电容触摸屏在中国常州研制成功。江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技有限公司联合无锡丽格光电科技有限公司和深圳力合光电传感器技术有限公司共同研发的手机用石墨烯电容触摸屏项目，成功的研制成电容触摸屏手机样机，并完成了功能测试。这款透明到几乎用肉眼无法辨析的超薄透明电极，具有现有智能手机触摸屏的基本功能，电容屏传感器整个触摸区域可以识别单指和双指触摸及进行画线动作，实现图片单指手势左右拖动及双指手势放大和旋转。 2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管，该产品每秒能执行1550亿个循环操作，IBM研究人员林育名表示，石墨烯晶体管成本较低，可以在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 半导体生产过程中表现出优良的性能，为石墨烯芯片的商业化生产提供了方向，从而用于无线通信、网络、雷达和影像等多个领域。 中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤;用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管，因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极，使之更易于回收。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比 3 齐齐哈尔大学 科技论文 如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、埋离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。 2. 试验材料与过程 2.1化学气相沉积法制备石墨烯 众所周知，甲烷、乙炔、乙醇等低分子量碳氢化合物在高温下容易裂解生成碳原子，而铜、镍等过渡金属在高温下能够渗入或吸附碳原子且不与碳原子发生化学反应，同时 2石墨烯是一种由碳原子以sp轨道杂化键形成的单层二维六角型蜂窝状晶格结构纳米材料，这些因素使化学气相沉积法化制备高质量、大面积石墨烯成为了可能。 在化学气相沉积法制备石墨烯的过程中，温度、甲烷通量和氢气通量这些参量的不同直接影响着所制得的石墨烯样品的质量，因此研究化学气相沉积法制备石墨烯的温度、甲烷通量和氢气通量这些参量对所制得的石墨烯样品的质量的影响，对制备大面积、高质量石墨烯具有指导意义。 2.1.1 实验材料及仪器 镍箔、石英管、CVD系统、Zeiss光学显微镜、拉曼光谱仪，场发射扫描电子显微镜，原子力显微镜。 实验所用的CVD系统是实验室自主搭建的，其结构示意图1.1如下: 图1.1 CVD系统的结构示意图 4 齐齐哈尔大学 科技论文 CVD系统主要有两部分组成，一部分是气流控制系统，通过三个气体流量计分别监测三路气管流入石英管的气体通量大小，气流的流动方向如图箭头所示;另外一部分就是控温系统，管式炉的热电偶的发热功率受与其相连的控温仪控制;在实验时，只需将事先装有清洗干净的镍箔耐高温的石英管放入CVD系统中的管式炉中，使CVD系统的这两个部分同时工作，便可以满足在化学气相沉积法制备石墨烯的过程中需要同时控制气流通量和温度变化的要求。 2.1.2 实验过程 化学气相沉积法制备石墨烯的制备 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 具体需要如下四个步骤:第一步是升温过程:即在90分钟内使CVD系统的管式炉的温度升至实验需要温度;第二步是退火过程:使CVD系统的管式炉的温度保持30分钟不变，使催化金属充分退火，退火过程主要是为了去除催化金属表面吸附的氧气等不利于实验正常进行的因素;第三步是沉枳过程:保持CVD系统的管式炉的温度不变，根据实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 控制沉积时间;第四步是降温过程:根据实验方案控制降温时间，使CVD系统的管式炉的温度降至室温。 2.1.2.1 改变甲烷通量制备石墨烯 在制备流程(升温过程90min，退火过程30min，沉积过程10min，降温过程5min)、氧气通量、沉积温度不变的情况下，首先，清洗镍箔:先用酒精棉把镍箔表面的可见赃物擦掉，然后用丙酮、酒精、去离子水轮流超声清洗，晾干，待用。其次，把清洗干净的镍箔装进耐高温可通气体的石英管中;再次，把装有镍箔的石英管放入CVD系统的高温炉中，并根据实验方案把CVD系统中的控温程序设定完毕;最后，参照控温程序向放入CVD系统的高温炉中装有镍箔的石英管通入氩气、氢气、甲烷，待CVD系统工作完毕，高温炉降回室温，在镍箔表面便生长出了石墨烯。在保证温度和其他气体通量不变的情况下，改变甲烷通量分别制备出不同的石墨烯样品。 2.1.2.2 改变氢气通量制备石墨烯 在制备流程、甲烷通量、沉积温度不变的情况下，首先，清洗镍箔:先用酒精棉把镍箔表面的可见赃物擦掉，然后用丙酮、酒精、去离子水轮流超声清洗，晾干，待用。其次，把清洗干净的镍箔装进耐高温可通气体的石英管中;再次，把装有镍箔的石英管放入CVD系统的高温炉中，并根据实验方案把CVD系统中的控温程序设定完毕;最后，参照控温程序向放入CVD系统的高温炉中装有镍箔的石英管通入氩气、氢气、甲烷，待CVD系统工作完毕，高温炉降回室温，在镍箔表面便生长出了石墨烯。在保证温度和其他气体通量不变的情况下，改变氢气通量分别制备出不同的石墨烯样品。 2.2 化学气相沉积法制备石墨烯的生长机制研究 由于不同催化基底，不同制备参量会影响制备化学气相沉积法出的石墨烯的质量，因此，化学气相沉积法制备石墨烯的生长机制的研究，为进一步制备大面积、髙质量石 5 齐齐哈尔大学 科技论文 墨烯用于石墨烯器件的研究提供了理论基础。 目前，普遍令人接受的石墨烯的生长机制有两种:一种是表面生长机制，即在高温环境下甲烷裂解生成的碳原子吸附在催化金属表面，接着这些吸附在催化金属表面的碳原子成核长大，形成大量离散的单晶石墨烯岛，随着生长过程的进行，这些单晶石墨烯岛逐渐长大，并最终相互连接成连续的石墨烯薄膜;另外一种是渗碳析碳机制，即在髙温环境下，碳原子渗入催化金属内部，当催化金属降温时渗入催化金属的碳原子就会析 [9]出催化金属表面，从而自组排列形成石墨烯薄膜。 2.2.1 实验材料及仪器 镍箔、石英管、CVD系统、Zeiss光学显微镜、拉曼光谱仪，场发射扫描电子显微镜，原子力显微镜。 2.2.2 实验过程 在常压下，把清洗干净的镍箔装进耐高温可通气体的石英管中;接着把装有镍箔的石英管放入CVD系统的高温炉中，并根据实验方案把CVD系统中的控温程序设定完毕;最后，在高温环境下，参照控温程序向放入CVD系统的高温炉中装有镍箔的石英管中通入流量比为氩气:氢气:甲院=3:1:0.1的气体，待CVD系统工作完毕，改变高温炉降回室温的时间，便在镍箔表面便生长出了不同的石墨烯样品。拉曼光谱是鉴定石墨烯层数的指纹谱，在不同层数石墨烯拉曼光谱中，G峰峰型没有明显的变化，因此通过检测所制得的石墨烯的拉曼光谱中2D峰与G峰的强度比，可以区分所制得的石墨烯样品的层数;通过分析所制得的石墨烯样品的扫描电子显微镜图可以探究所制得的石墨烯样品的面积和表面形貌;由所制得的石墨烯样品的层数和表面形貌进而可以判定所制得的石墨烯样品的质量;最终可以初步探究CVD法制备石墨烯的生长机制。 结 论 科技研发的最终目的是实现科学技术的产业和经济价值，推动生产力的发展，造福全人类。大面积制备高质量石墨烯用于实际的产业应用是近年来纳米材料科学的研究热点之一。 大面积制备高质量石墨烯的技术处于初级探究阶段，虽然这方面的文献报道屡见不鲜，本文不仅对石墨烯的化学气相沉积法制备工艺进行了系统的研究，而且对石墨烯的拉曼光谱做了初步的研究。文章采用在常压下，利用甲烷高温裂解获得的碳原子沉积在镍箔表面生长出石墨烯的方法制备大面积石墨烯。研究表明，在精细控制化学气相沉积法中制备石墨烯的温度、甲烷通量、氢气通量、和降温时间等试验参量后，我们可以在 6 齐齐哈尔大学 科技论文 常压下制备出较低成本的大面积、高质量石墨烯。 CVD法制备的石墨烯的2D峰峰宽明显大于剥离法制备出来单层石墨烯的2D峰，这有可能是因为CVD法制备的石墨烯结构上是由两层或多层单层石墨烯按照严格的晶序堆垛而成，从而造成拉曼光谱2D峰的展宽，但真正的原因有待进一步的研究，但CVD法制备的石墨烯的这种特点可能会有更大的应用前景。 目前，CVD法制备的石墨烯具有面积大，低成本，可测量性强，可用于大批量制备的优点，有望在可折叠透明导电薄膜、纳米电子器件、单分子气体检测、超级电容器等方面发挥巨大的作用，进而满足石墨烯用于实际的产业应用的要求，因此CVD法制备的石墨烯具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。 参考文献 [1] 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