石墨烯气凝胶的研究进展课件

1、石墨烯气凝胶的研究进展姓名：王叙春学号：14723567目录一、石墨烯的制备及其研究进展二、气凝胶的结构及其性质三、石墨烯气凝胶的研究进展主要内容一、石墨烯的制备及其研究进展1.1、石墨烯到底是什么？ 石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格状的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。 石墨烯是已知的世上最薄的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，它的电阻率也很低，只有大约10-8cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料一、石墨烯的制备及其研究进展1.2、单层碳原子结构的材料碳纳米管富勒烯石墨烯气凝胶单层碳原子1.3 石墨烯

2、的制备方法机械剥离法碳化硅(SiC)外延生长法氧化还原法化学气相沉积法（CVD法）一、石墨烯的制备及其研究进展1234物理方法化学方法一、石墨烯的制备及其研究进展结论：对于没有经过溶剂热过程处理的膨胀石墨，CAN分子很难进入其夹层空间。表1 四种不同方法制得的样品Wen Qian,Rui Hao ,Yanglong Hou. Solvothermal-assisted exfoliation process to produce graphene with high yield and high quality. Nano Research, 2009(2),706-712一、石墨烯的制备及其

3、研究进展Keun Soo Kim, Yue Zhao, Jae-Young Choi, Byung Hee Hong, et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature,2009,457:706-710化学气相沉积法（CVD法）二、气凝胶的结构及其性质 气凝胶是指采用特殊工艺把湿凝胶中的液体用气体置换而不显著改变凝胶网络的结构和体积而得到的具有低密度和高比表面积的高度多孔性纳米材料。 只要是将凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变

4、，这样所得的材料都称为气凝胶。什么是气凝胶？水凝胶气凝胶冷冻干燥溶剂置换二、气凝胶的结构及其性质气凝胶世界上最轻的材料二、气凝胶的结构及其性质 就结构而言，气凝胶微观上呈链状或串珠状结构，直径一般在十几纳米以下。以二氧化硅气凝胶为例，通常其孔径分布较窄，主要是开放与联通的介孔，普通二氧化硅气凝胶的孔结构呈无序状态。如图所示何飞, 赫晓东, 杨丽丽 ,等. 二氧化硅气凝胶的制备方法研究. 材料导报 2005,（专辑）:31郑文芝. 二氧化硅气凝胶研制及其结构性能研究 . 华南理工大学. 20102.1 结构特点二、气凝胶的结构及其性质气凝胶的隔热性能二、气凝胶的结构及其性质气凝胶无机气凝胶（二氧

5、化硅气凝胶）有机气凝胶（RF气凝胶）碳气凝胶（石墨烯气凝胶）2.3 气凝胶的分类二、气凝胶的结构及其性质溶胶凝胶法制备SiO2气凝胶 以正硅酸乙酯（TEOS)、乙醇（EtOH)和蒸馏水为原料，盐酸为酸性催化剂促进TOES水解，氨水为碱性催化剂促进水解产物缩聚，并不断长大、交联，形成凝胶颗粒，常温静置得到颗粒状凝胶，继续在乙醇中老化，放入干燥箱内干燥。TEOS的水解过程反应式胡守亮. SiO2气凝胶充填非石墨化泡沫炭复合隔热材料的研究. 哈尔滨工业大学. 2010二、气凝胶的结构及其性质K.Mosig,T.Jacobs,K.Brennan.et al. Integration challenge

6、s of porous ultra low-k spin-on dielectrics. Microelectronic Engineering,2002,64:11-24溶胶凝胶法制备SiO2气凝胶三、石墨烯气凝胶的研究进展石墨烯气凝胶石墨烯气凝胶高导电性能高强度比表面积大超低密度高空隙率强吸附性3.1 石墨烯气凝胶的产生及其性能三、石墨烯气凝胶的研究进展 基于以上对石墨烯和气凝胶的了解，可以制备出一种以石墨烯为骨架单元的气凝胶，这种产品既提供了一种二维石墨烯的三维集成与组装方法，又赋予了石墨烯以气凝胶形式存在时所特有的性能，因而无论在基础科学还是在应用科学方面都有非常重要的意义定义：以石墨

7、烯为骨架单元的气凝胶高比表面积高导电率良好的机械性能三、石墨烯气凝胶的研究进展3.2 石墨烯气凝胶的制备方法1、以RF为黏接剂制备石墨烯气凝胶2、利用水热法制备石墨烯气凝胶区别制备过程中是否需要使用黏接剂三、石墨烯气凝胶的研究进展3.3 石墨烯气凝胶的制备实例分析 用不同质量分数( 0 4%) 的酚醛聚合物RF作黏接剂，以碳酸钠为催化剂，在氧化石墨的水分散液中合成了RF-GO湿凝胶。经丙酮溶剂交换和超临界二氧化碳干燥后，在氮气气氛下，于1050高温热解还原制得石墨烯气凝胶。实例一Worsley M A, Pauzauskie P J, Olson T Y, et al. Synthesis o

8、f graphene aerogel with high electrical conductivity. Journal of the American Chemical Society, 2010, 132( 40): 14067-14069.Graphene oxideRF , CWet GO-RF gelswashed in acetonepyrolysis at 1050 under nitrogen supercritical CO2 driedGO-RF aerogelGraphene aerogel三、石墨烯气凝胶的研究进展 通过加热氧化石墨和L-抗坏血酸混合液成功地制备了石墨

9、烯气凝胶，选择L-抗坏血酸为还原剂是由于其在还原过程中不产生任何气体，可形成均匀的气凝胶。Zhang Xuetong, Sui Zhuyin, Luo Yunjun, et al. Mechanically strong and highly conductive graphene aerogel and its used as electrodes for electro-chemical power sources Journal of Materials Chemistry，2011，21( 18): 6494 6497实例二氧化石墨烯水分散液石墨烯水凝胶左右分别为超临界CO2干燥和冷冻

10、干燥制得的石墨烯气凝胶承重自身质量约14000倍的石墨烯气凝胶实例二Zhang Xuetong, Sui Zhuyin, Luo Yunjun, et al. Mechanically strong and highly conductive graphene aerogel and its used as electrodes for electro-chemical power sources Journal of Materials Chemistry，2011，21( 18): 6494 6497石墨烯气凝胶的表面形貌分析 对于超临界CO2干燥的石墨烯气凝胶，大范围形貌比较均一，放大后可以