2021年石墨烯及氧化石墨烯制备与性能研究.doc

专题1： 石墨烯及氧化石墨烯制备和性能研究
诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学两位俄裔物理学家——安德烈·海姆和康斯坦丁·肖洛夫，以表彰她们相关二维材料石墨烯开创性试验。石墨烯是一般碳元素平面薄层结构，只有一个原子厚度，这种结构碳含有异常完美，起源于量子物理学奇异世界特征。瑞典皇家科学院向大众介绍石墨烯通报中说道：“它是完全新材料，不仅最薄，而且最强，作为电导体，它导电性能像铜那么好；作为热导体，它胜过现在已知全部其它材料。它几乎完全透明，但又稠密最小气态原子，哪怕是氦全部无法穿越。碳是地球上全部生命基础，却又再一次让我们大为惊奇”。
提到石墨烯，不得不提它略带神奇发觉过程，当初海姆提供给来自中国博士生姜达一小片几毫米厚、直径1in热解石墨，提议她用抛光机做成石墨薄膜，多个月后姜达宣告达成了最低厚度，大约有10um厚，太厚了，海姆提议她试试更细抛光液，结果，姜达把整个石墨片全部抛光了，一位来自乌克兰同事奥勒格插嘴说，为何不用透明胶带剥取石墨片，海姆立即用显微镜观察用胶带剥取下石墨残片，发觉比姜达抛光薄膜还要薄。海姆这才意识到用抛光机有多么愚蠢。海姆和肖洛夫商议，决定检测透明胶带剥下石墨碎片电学性能，没想到奇迹出现了，她把放在硅基上石墨碎片置于显微镜之下观察干涉条纹，竟然显示出碎片是透明。接着，她用银粉漆给石墨碎片安上电极，惊奇发觉，这些碎片高度导电，显示出很显著电场效应。多个月后，她们已经用光学显微镜和原子显微镜确证单层石墨烯存在。她们还发觉，一经离析出来石墨原子平面在一般环境下条件仍然稳定，而且保持连续和导电。在电子显微镜下石墨烯片，。石墨烯含有独特电子输运性质，且在室温下石含有半整数量子霍尔效应，能够作为研究相对论量子现象试验平台。石墨烯中电子没有质量，电子运动速度超出了在其它金属单体或是半导体中运动速度，能够达成光速1/300，正因如此，石墨烯拥有超强导电性。
通常谈到石墨烯，大家往往感叹中国人所以失去了取得诺贝尔物理学奖机会。然而，每一个看似偶然结果以后往往有其肯定原因。姜达用抛光机无法抛出极薄石墨，却没有立即思索改变试验方法，而是轻易放弃。这获奖机会，只能是拱手相让于人了。
石墨烯一经发觉，引发一股极大研究风潮。（1）武汉理工大学吕翔及其导师吴力立使用改善Hummers法和超声剥离法制备氧化石墨烯，再使用化学还原法制备出石墨烯。在此过程中使用聚丙烯酰胺（PAM）对氧化石墨烯进行接枝，然后还原PAM接枝氧化石墨烯取得PAM改性石墨烯产物，经过TEM、红外光谱和拉曼光谱等测试手段对产物结构及其在水中分散性做了系统表征，证实所制石墨烯片层数量少于8层，证实了对改性石墨烯成功制备和在水中分散性提升。在制备石墨烯过程中，使用KH-560对石墨烯进行表面亲油改性，显示出石墨烯对环氧树脂电学性能改善，和乙醇相容性大大改善。取得了稳定改性石墨烯。（2）合肥工业大学王申竹研究员及其导师王平华教授研究氧化石墨烯功效化改性。采取相转移催化（PTC）合成了一个带羟基二硫代酯类RAFT试剂，PTC法反应时间缩短，产率提升一倍，利用PTC法高产率合成了另外两种不一样二硫代酯类和RAFT试剂，研究了三种不一样催化剂对产率影响，研究表明，采取TBAB时，产物易于提纯，产率最高，反应时间最短，为高效率合成RAFT试剂提供了一个新方法。