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毕业论文题目石墨烯的制备及应用研究二级学院材料科学与工程学院专业材料科学与工程专业班级111090301学生姓名樊朋博学号11109030105指导教师孟范成时间2015.5.20重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究1目录摘要……………………...........…………………………………………………2Abstract……………………...........…………………………………………………31绪论............................................................................................................................41.1石墨烯的简介................................................41.2石墨烯的制备方法............................................61.3石墨烯的应用................................................71.4Al2O3陶瓷基复合材料及其应用................................71.5石墨烯氧化铝复合陶瓷简介....................................71.6常用的烧结方法.............................................101.7纳米勃姆石复合吸附材料的制备方法...........................121.8本论文研究目的和内容.......................................132实验过程..................................................................................................................142.1制备氧化石墨烯.............................................142.2球磨混料...................................................152.3压片烧结...................................................162.4分级结构勃姆石/石墨烯复合纳米材料实验......................162.5材料测试方法...............................................183结果与分析..............................................................................................................223.1氧化石墨烯分析.............................................223.2石墨烯氧化铝复合陶瓷分析...................................263.3石墨烯的应用分析...........................................294总结..........................................................................................................................35致谢............................................................................................................................36参考文献................................................................................................................37重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究2摘要石墨烯自2004年被发现至今受到了科学家们尤其是材料界的极大关注，由于其在力学、光学、电学等方面都表现出极大优异性，被认为在用于材料基体补强剂方面具有非常广泛的应用前景。本文将研究石墨烯溶液与氧化铝混合，然后再利用真空热压烧结技术所得到的新型陶瓷基复合材料。石墨稀由于其自身高模量和高强度等良好性能，被认为是一种非常理想的陶瓷基体补强体。比如在氧化铝陶瓷基体中添加石墨稀,极大地提高了氧化铝陶瓷的导电性能、提高了陶瓷的烧结致密度。本文中我们对含1wt%的氧化石墨烯的氧化铝复合陶瓷进行了烧结和分析，通过改变其烧结工艺发现复合陶瓷在不同温度下烧结时在磨损量、致密度、硬度等方面表现出明显变化，我们对这些变化进行了对比分析和总结。我们分析了石墨烯对材料吸附性的影响，将石墨烯与勃姆石复合制备出一种新型复合吸附材料，再以重金属离子Cr以及有机染料刚果红为例，分析了石墨烯勃姆石复合材料的吸附性能。本试验中用冰浴的方法出制备石墨烯,这种方法相对简单易操作。石墨烯作为一种新型材料，不仅自身有着优异的性能，而且在材料补强体领域也表现出可观的发展前景。关键词：石墨烯、氧化铝基复合陶瓷、分散性、勃姆石、吸附性重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究3AbstractGraphenewasdiscoveredsince2004hasbeenagreatconcerntoscientists,especiallythematerialworld,becauseofitsmechanical,optical,electrical,etc.haveshowngreatsuperiority,itisconsideredintermsofmaterialusedforthesubstratereinforcingagentIthasaverybroadapplicationprospects.Thisarticlewillexaminethegraphenesolutionismixedwithalumina,andthenusetheresultingvacuumsinteringtechnologyofnewceramicmatrixcomposites.Grapheneduetoitsgoodperformanceofhighmodulusandhighstrength,isconsideredtobeanidealceramicmatrixreinforcementbody.Suchasaddinggraphenealuminaceramicmatrix,whichgreatlyimprovestheconductivityofaluminaceramic,improvedsinteringdensity.Inthisarticlewe1wt%containinggrapheneoxidealuminacompositeceramicssinteredandanalysis,thecompositeceramicssinteredatdifferenttemperaturesshowasignificantchangeintheamountofwear,density,hardness,etc.bychangingthesinteringprocessfoundwecomparedthesechangesanalyzedandsummarized.Weanalyzedtheeffectofgrapheneadsorptionpropertiesofthematerial,grapheneboehmitecompositepreparedanewcompositeadsorbentmaterial,andthentoheavymetalionsandorganicdyeCongoredCrexample,analyzedboehmitecompositegrapheneadsorptionpropertiesofthematerial.Usedinthistestmethodforthepreparationofanicebathgraphene,thismethodisrelativelysimpleandeasytooperate.Grapheneisanewmaterial,notonlyhasitsownexcellentperformance,butalsointhefieldofmaterialreinforcementbodyalsoshowedconsiderablegrowthprospects.Keywords:graphene,aluminaceramicmatrixcomposite,dispersion,boehmite,adsorption重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究41绪论1.1石墨烯的简介1.1.1结构分析石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六边形晶格的平面薄膜，仅由碳单层组成的二维材料[1]。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子网格。石墨烯内部的碳原子之间的连接有很强的韧性，当受到外力作用时，石墨烯内部的碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列以消除外力，从而保持结构稳定，正是因为这种稳定的晶格结构赋予了石墨烯良好的导热性能[2]。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或外来原子入侵而发生散射。另外由于石墨烯内部强大的原子间作用力，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，对内部电子运行也是影响极小的[3]。图1.石墨烯空间结构图重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究5图2·石墨烯及其所构建的富勒烯、碳纳米管、石墨1.1.2性能分析(1)导电性能常温下石墨烯的电子迁移率超过15000cm2/V·s，比碳纳米管以及硅晶体都要高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜和银还要低，是目前所发现电阻率最小的材料[4]。由于石墨烯的电阻率极低、厚度极小，被认为在电子元件以及晶体管的发展方面极具潜力，例如在透明触控屏幕、光板、太阳能电池板等领域，石墨烯都是目前最为理想的制作材料。(2)量子霍尔效应石墨烯在常温下可以观察到量子霍尔效应。这个特性被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”[5]。(3)吸光性能作为单层原子结构的石墨烯因为其独特电子性质造成了石墨烯高不透明度的性质，令人惊异。更令人诧异的是，石墨烯的不透明度只与精细结构常数有关，而精细结构常数通常很少会在材料科学领域找到它，大多出现于量子电动力学中[6]，可见石墨烯具有极其优异的吸光性能。(4)场效应曾有人在温室通过施加电压于一个双闸极双层石墨烯场效晶体管，石墨烯的能隙可以从0eV调整至0.25eV（大约5微米波长）。通过施加外磁场，石墨烯纳米带的光学响应也可以调整至太赫兹频域。因此有人认为石墨烯会是理想的自旋电子学材料[7]。重庆理工大学毕业论文石墨烯的制备及应用研究6(5)导热性能石墨烯的导热系数为5300W/m·K；而碳纳米管的导热系数一般为3500W/mK，可见石墨烯的导热性能比碳纳米管要好很多。在金属材料中银、铜、金、铝的导热系数相对较高，但都远不及石墨烯。优异的导热性能使得石墨烯有望成为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。1.2石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，本次试验中我们采取冰浴氧化法制备氧化石墨烯，然后在烧结过程中氧化石墨烯会自动高温分解成石墨烯。这里对其他实验室石墨烯或氧化石墨烯的方法进行了简单概括，然而制备石墨烯的方法并不局限于一下几种。（1）轻微按摩法