论文总字数：22090字

摘 要

石墨烯由于具有非常优异的光学、热学、力学和电学性能等，因此有可能被广泛应用于集成电路，纳米金银复合材料，复合涂料，以及电容器，电池电极中。目前为止石墨烯的制备方法也有很多，比如机械剥离石墨法，石墨氧化还原法，SiC热分解冷却法，化学气相沉积法以及液相剥离法等。但是，每种工艺都存在一定的不足，如：氧化还原法引入了强酸强碱，容易对制备的石墨烯的电学性能，热学性能造成破坏，使得石墨烯存在较多的缺陷；热分解SiC法成本很高;机械剥离法重复性较差等，因此寻求一种低成本，环保工艺来制备具有优良性能的石墨烯对于实现石墨烯的低成本、高效和环保制备具有重要的意义。本文所应用的剪切法制备石墨烯的方法，在不引入强酸强碱的条件对氧化石墨进行剪切处理，有望实现石墨烯的低成本、高效和环保制备。

该方法采用剪切机，对NMP（N-methyl-2-pyrrolidone）氧化膨胀石墨的悬浮液进行剪切处理。系统探讨了石墨粉的种类，剪切速度和时间等参数对剪切产物的影响极其机制。

通过拉曼光谱检测和透射电镜分析，并与原料进行对比。确定了最佳的剪切工艺参数。获得了层数为4-5层的石墨烯，证实了该方法制备石墨烯的可行性，为石墨烯的低成本、高效和环保制备打下了基础。

关键词：石墨烯，剪切法， 低成本，高效，环保

Abstract

Graphene has a very excellent optical, thermal, mechanical and electrical properties, it is likely to be widely used in integrated circuits, gold and silver nano-composite materials, composite coatings, and a capacitor, the battery electrodes. Preparation of graphene so far, there are many, such as a mechanical method of exfoliated graphite, graphite oxidation-reduction method, SiC cooling thermal decomposition method, chemical vapor deposition and liquid stripping method. However, each process there are some deficiencies, such as: oxidation-reduction method introduces acid and alkali, easy on the electrical properties of graphene preparation, thermal damage to property, so there are more graphene defects; SiC thermal decomposition method high costs; mechanical stripping method such as poor reproducibility, and therefore sought a low-cost, environmentally friendly process for the preparation of graphene has excellent properties of graphene for achieving low-cost, efficient and environmentally friendly preparation of great significance. The method of preparation herein applied shear legal graphene, without introducing acid and alkali conditions on the oxidation of graphite shear processing, graphene is expected to achieve low-cost, efficient and environmentally friendly preparation.

The shearing method is mainly used commercially available cutting machine, by the NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) oxidizing a suspension of expanded graphite shearing is carried out. The effects of other types of systems, the shear velocity and time parameters of graphite products extremely shear mechanism.

Raman spectroscopy and transmission electron microscopy to detect and compare with the raw material. The optimum shear parameters. He won 4-5 layers of graphene layers, confirmed the feasibility of the method for producing graphene, graphene's low-cost, efficient and environmentally friendly preparation of the foundation.

Keywords：Graphene; Shearing; ;low cost;Efficient;Environmental friendly

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 石墨烯结构与性能特性

1.3 石墨烯的应用

1.3.1 复合材料

1.3.2 微电子领域

1.3.3 能源领域

1.3.4 医学传感器领域

1.4 石墨烯的制备工艺

1.4.1 机械剥离法

1.4.2 CVD气相沉积法

1.4.3 外延生长法

1.4.4 液相机械剥离法（超声波法）

1.5 主要研究内容

第二章 剪切法制备石墨烯

2.1 原料试剂选择

2.1.1 剪切剥离机理

2.1.2 原料选择与处理

2.2 剪切法制备石墨烯

2.2.1剪切法处理膨胀石墨（去离子水）

2.2.2剪切法处理膨胀石墨（NMP）

第三章 石墨烯结构性能表征分析

3.1 碳纳米材料表征技术

3.1.1 光谱分析技术

3.1.2 电镜表征分析技术

3. 2材料分析表征结构

3.2.1 Raman光谱分析测试结果

3.2.1 TEM电镜表征测试结果

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

碳元素碳是构成整个自然界的基本元素，也是人们认识最早的一种元素，是人类发展以来，一直贯穿整个人类的发展历史，从远古时期钻木取火，到纸张的发明与使用等，现在碳元素材料又以纳米材料的崭新面貌再次进入到我们的视野中。自富勒烯，碳纳米管的发现，碳材料一直以来是众多研究人员与学者的研究热点，一直处于科学研究的前沿。在传统热力学中，经过理论计算，均认为二维（2d）晶体材料无法稳定存在。直到21世纪初，英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，通过简单的胶带机械剥离的方法，在石墨上剥离获得了可以稳定存在的二维（2d）石墨烯，打破了传统热力学的认知，引起了科研人学的强烈关注。两位学者也由此获得了诺贝尔物理学奖。

定义石墨烯为单层石墨片层，传统意义上，将石墨片层数在10层以下的石墨片层都称作石墨烯。石墨烯只有一个原子厚度，单层石墨的结构使得它有非常优异的物理化学性能。由于出众的电学性能，热学性能，光学性能等，石墨烯被广泛应用于集成电路，纳米金银复合材料，复合涂料，以及电容器，电池电极等的应用等^[2]。关于石墨烯的理论和制备工艺，自石墨烯被发现后，进展的十分迅速，到目前为止，系统的石墨烯制备工艺和理论已经基本形成。但大多石墨烯的制备工艺都使用很多对于非环保的强酸强碱类化学物质，这类工艺在制备工程中对环境人类都造成了很大的污染，带来了危害。因此基于环保与石墨烯的商业化转化，探索更加低成本无污染的制备工艺具有十分重要的意义^[3]。

1.2 石墨烯结构与性能特性

2004年，英国曼彻斯特大学的两名学者第一次证明的石墨烯的存在，在科学界引起了巨大反响，从而有越来愈多的研究人员开始对石墨烯这种新型碳材料投入热情^[4]。常见的石墨，是有一层一层的石墨片层规律排列堆积在一起所形成的。而石墨是一种非常柔软的材料，层与层之间容易发生分离，分离之后的石墨单层结构就是石墨烯。

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