石墨烯气凝胶的研究进展

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10-8Ω·cm，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WenQian,RuiHao,YanglongHou.Solvothermal-assistedexfoliationprocesstoproducegraphenewithhighyieldandhighquality.NanoResearch,2009(2),706-712机械剥离法在保护气氛下加热石墨粉末到1000℃保持一分钟，获得膨胀石墨，随后将其加入到乙腈(CAN)溶剂中，加热至180℃，保持12小时，经过热溶剂化过程后，CAN分子进入膨胀石墨的夹层空间，未反应的石墨沉到瓶底，而经过溶剂化反应后的石墨因为其比较松散的结构，通常会悬浮在溶剂中。再对产品进行超声处理一个小时，获得一种悬浮液体，对混合物进行离心分离，即可制得稳定分散的石墨烯溶液。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WenQian,RuiHao,YanglongHou.Solvothermal-assistedexfoliationprocesstoproducegraphenewithhighyieldandhighquality.NanoResearch,2009(2),706-712一、石墨烯的制备及其研究进展KeunSooKim,YueZhao,Jae-YoungChoi,ByungHeeHong,etal.Large-scalepatterngrowthofgraphenefilmsforstretchabletransparentelectrodes.Nature,2009,457:706-710化学气相沉积法（CVD法）KeunSooKim,YueZhao,Jae-YoungChoi,ByungHeeHong,etal.Large-scalepatterngrowthofgraphenefilmsforstretchabletransparentelectrodes.Nature,2009,457:706-710Figure3|Transferprocessesforlarge-scalegraphenefilmsa.生长在Ni/SiO2/Si上的厘米级尺寸的石墨烯薄膜b.经过FeCl3刻蚀掉金属镍基层后，漂浮的石墨烯，这种漂浮的石墨烯可以通过直接接触其基底来转移c.通过不同图案的金属镍层，可以制备不同图案的石墨烯薄膜d,e分别是使用硅橡胶来转移石墨烯薄膜f.附着在硅橡胶上的石墨烯薄膜透明且柔韧g.附有石墨烯薄膜的硅橡胶与二氧化硅面接触，h.在二氧化硅基底上留下有图案的石墨烯薄膜证明这个干燥转移在大面积石墨烯电极转移过程和没有额外光刻设备的情况下是非常有用的二、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，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Ⅳ）: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2.2气凝胶的性质空间网状结构低导热系数0.013W/(K·m)低密度（3kg/m3）高孔隙率（80%-99%）比表面积大1000m2/g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2.4气凝胶的制备气凝胶材料的制备一般包括两个过程，溶胶－凝胶过程和干燥过程，前者主要是获得具有一定空间网络结构的含有少量催化剂的湿凝胶，后者则是去掉湿凝胶网络骨架中的溶剂，得到最终的气凝胶材料。目前气凝胶的制备工艺的差异主要体现在干燥方法上，常用的干燥方法有以下几种超临界干燥常压干燥冷冻干燥传导干燥二、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.etal.Integrationchallengesofporousultralow-kspin-ondiele