石墨烯参数
掺氮石墨烯的性质和应用
掺氮石墨烯的性质与应用1引言石墨烯是一种理想的二维材料,石墨烯中碳原子的sp2杂化结构使石墨烯具有理想的二维结构,它极大的比表面积(2630 m2/g)1,高热传导性(∼5000 W/mK)2,良好的化学稳定性以及较低成本等使它成为复合材料的理想载体。
目前已得到不同形态的石墨烯,包括二维结构的石墨纳米片(GNSs)3-5、一维结构的纳米条带(GNRs)、零维结构的量子点(GQDs)6,7,GNRs和GNDs的性质可以通过它们的大小和边缘进行调节。
然而,由于石墨烯没有能带间隙8,使得其电导性不能像传统的半导体一样完全被控制,而且石墨烯表面光滑且呈惰性,不利于与其他材料的复合,从而阻碍了石墨烯的应用。
对石墨烯进行功能化——合成石墨烯衍生物、表面官能团化、化学修饰、化学掺杂等,可以实现石墨烯及其相关材料更为广泛的应用9,10。
其中,化学掺杂能够有效地调节其电子结构,改善其物理化学性质,从而优化了石墨稀多方面的性能,具有广阔的应用前景。
由于N原子具有与C原子近似的原子半径,可以作为电子供体以取代的方式对石墨烯进行掺杂,且生成的N掺杂石墨稀表现出诸多优良的性能,如打开能带隙并调整导电类型,改变石墨烯的电子结构11,提高石墨烯的自由载流子密度12,从而提高石墨烯的导电性能和稳定性,增加石墨烯表面吸附金属粒子的活性位等。
在场效应晶体管、传感器、超级电容器、裡离子电池、燃料电池等领域的应用前景十分广阔。
因此,对石墨烯进行N掺杂这项课题,吸引着大批的科研工作者来探索。
通常有两种化学方法合成非金属掺杂石墨烯13-15,一种是取代掺杂,即令sp2构型的C被其它杂原子,如N、B、Si等取代。
另一种是在石墨烯表面吸附气体16,有机分子17或金属分子18实现功能化。
N掺杂石墨烯有四种形态:吡啶 N, 吡咯 N, 石墨 N 和氧化吡啶 N。
吡啶N(N1)和吡咯(N2)在边缘或缺陷处,它们并不增加离域π键的电子数。
石墨N(N3和N4)代替了石墨烯结构中的C,因此增加了离域π键的电子数。
石墨烯密勒指数
石墨烯密勒指数1.引言1.1 概述石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有许多独特的特性和潜在的应用价值。
它在2004年被两位诺贝尔奖得主安德鲁·盖门和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次成功制备出来,由于其独特的结构和出色的性能,石墨烯成为了材料科学中备受关注的研究领域之一。
石墨烯的结构可以被形象地描述为由碳原子组成的一个二维网格,其中碳原子之间通过共价键连接在一起,形成了一片稳定且紧密排列的结构。
这种排列方式使得石墨烯具有很高的强度和柔韧性,使其成为一种极具潜力的材料。
除了强度和柔韧性,石墨烯还具有许多其他的特性。
首先,它具有极高的导电性,可达到铜的130倍之多。
其次,石墨烯具有很高的热导率,这使得它在热管理领域有着广泛的应用前景。
此外,它还具有较低的密度、透明度、优异的光学特性以及化学和热稳定性等特点,使其在电子学、能源存储、催化剂等领域有着广泛的应用前景。
随着对石墨烯特性的深入研究,研究者发现了石墨烯的一个重要参数——密勒指数。
密勒指数是用来描述石墨烯晶体结构的一个指标,具体来说,它表示了石墨烯中晶格方向上的原子数目。
通过研究密勒指数,我们可以更好地理解石墨烯的结构和性质,进而对其进行更精确的控制和应用。
本文将对石墨烯的特性和密勒指数的定义和意义进行详细的介绍和解析。
通过对石墨烯密勒指数的研究,我们可以更好地了解石墨烯的结构和特性,为其在电子学、能源和材料科学领域的应用提供理论基础和技术支持。
最后,我们还将探讨石墨烯密勒指数研究的未来方向,为进一步的研究和开发提供参考。
1.2文章结构本文共分为三个部分:引言、正文和结论。
在引言部分,首先概述了石墨烯密勒指数的主题,并介绍了石墨烯作为一种新兴材料的特性。
然后,给出了本文的结构和目的,为读者提供了对全文内容的概览。
接下来是正文部分,其中包括了关于石墨烯特性的介绍和密勒指数的定义和意义。
在石墨烯的特性部分,我们将详细介绍石墨烯作为一种单层碳原子组成的材料的独特性质,如其优异的导电性、热导性和力学性能等。
石墨烯导电剂粒径和碳管浆料粒径
石墨烯是一种热稳定且高导电的材料,因此被广泛应用于电子元件和导电材料中。
在制备石墨烯导电剂和碳管浆料时,粒径是一个非常重要的参数。
本文将从石墨烯导电剂粒径和碳管浆料粒径两个方面进行探讨。
一、石墨烯导电剂粒径1. 为什么石墨烯导电剂的粒径重要?石墨烯导电剂的粒径直接影响其在导电浆料中的分散性和导电性能。
粒径过大会导致难以形成均匀的导电网络,从而影响导电性能;而粒径过小则可能导致石墨烯在制备过程中发生堆积,难以形成有效的导电网络。
2. 石墨烯导电剂粒径的测定方法目前常用的石墨烯导电剂粒径测定方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)等。
这些方法各有优缺点,需要根据实际情况选择合适的方法进行测定。
3. 粒径对石墨烯导电剂性能的影响研究表明,适当的石墨烯导电剂粒径可以在一定程度上提高导电浆料的导电性能和力学性能。
研究人员需要通过实验方法找到最佳的石墨烯导电剂粒径范围,以实现最佳的性能表现。
二、碳管浆料粒径1. 碳管浆料粒径的选择碳管作为一种优异的导电材料,其粒径也对导电浆料的性能有着重要的影响。
较细的碳管可以提高浆料的导电性能,但同时也会增加制备工艺的复杂度;而较粗的碳管则可能会影响浆料的分散性和稳定性。
2. 碳管浆料粒径与流变性能研究发现,碳管浆料的粒径对其流变性能有着显著的影响。
较小的碳管粒径可以提高浆料的流变性能,降低粘度,改善流动性;而较大的粒径则可能会导致浆料的流变性能下降。
3. 碳管浆料粒径的优化为了实现碳管浆料的最佳性能,需要对碳管的粒径进行优化选择。
研究人员可以通过调整碳管的制备方法、选择合适的分散剂等途径,来控制碳管的粒径,从而达到最佳的性能表现。
结语石墨烯导电剂粒径和碳管浆料粒径对导电浆料的性能有着重要的影响。
为了获得最佳的性能表现,研究人员需要通过实验方法找到最佳的粒径范围,并进行优化选择。
希望本文的内容能对相关研究和应用提供一定的参考和帮助。
石墨烯ppt课件
04
缺点
设备成本高,制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中,通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件,如超声 功率、时间、温度等,以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单,成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ,如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等,需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长,石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间,企业需要抓 住机遇,积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合,共同推动产业升级和创新 发展,如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代, 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景,如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等,未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注,如生物传感器、药物载体 、医疗器械等,未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
二维石墨烯晶体的原胞面积计算
二维石墨烯晶体的原胞面积计算石墨烯是由碳原子构成的二维晶体结构,具有独特的物理和化学性质,因此在材料科学领域引起了广泛的关注。
石墨烯的晶体结构可以看作是由一个个相同的基本单元组成的,这个基本单元被称为原胞。
原胞的面积是研究石墨烯晶体性质的重要参数之一,下面我们来计算一下二维石墨烯晶体的原胞面积。
石墨烯的晶体结构可以看作是由一个个六角形的碳原子构成的,每个碳原子与其周围的三个碳原子形成共价键,形成一个平面的六角形结构。
我们可以将这个六角形结构看作是一个原胞,原胞的面积就是这个六角形的面积。
要计算六角形的面积,我们可以利用三角形的面积公式。
首先,我们可以将六角形分成两个等边三角形,然后计算一个等边三角形的面积,最后将两个等边三角形的面积相加即可得到六角形的面积。
一个等边三角形的面积可以通过以下公式计算:面积 = 边长的平方乘以根号3除以4。
由于石墨烯的晶体结构中,每个碳原子之间的距离是相等的,因此六角形的边长可以表示为两个碳原子之间的距离。
根据实验测量,石墨烯的晶格常数为0.246 nm。
因此,我们可以将六角形的边长表示为0.246 nm。
将边长代入等边三角形的面积公式中,我们可以计算得到一个等边三角形的面积为0.0212 nm²。
最后,将两个等边三角形的面积相加,我们可以得到六角形的面积为0.0424 nm²。
这个数值就是二维石墨烯晶体的原胞面积。
通过计算,我们可以得出二维石墨烯晶体的原胞面积为0.0424 nm²。
这个数值对于研究石墨烯的物理和化学性质非常重要,因为它可以用来计算石墨烯的密度、电子结构等参数。
总之,二维石墨烯晶体的原胞面积是通过计算六角形的面积得到的。
通过实验测量得到的石墨烯的晶格常数,我们可以计算得到原胞的面积。
这个原胞面积是研究石墨烯晶体性质的重要参数之一,对于深入理解石墨烯的物理和化学性质具有重要意义。
石墨烯的电导率和化学势能 matlab编程
石墨烯,是一种由碳原子构成的二维晶格材料,具有许多独特的物理和化学性质。
其中,石墨烯的电导率和化学势能是其在电子学和材料科学领域中备受关注的重要性质之一。
一、石墨烯的电导率石墨烯的电导率是指其导电性能的指标,也是衡量其在电子器件中应用潜力的重要参数之一。
由于石墨烯具有优异的电子输运性能和超高的载流子迁移率,使得其电导率远高于传统材料,因此受到了广泛的关注和研究。
在研究石墨烯的电导率时,可以利用matlab等编程工具进行模拟和计算。
通过建立适当的动力学模型和输运方程,可以模拟石墨烯中电子的运动和传输过程。
利用matlab编程进行数值计算和模拟仿真,可以得到石墨烯在不同条件下的电导率,进而分析其导电性能受到的影响因素和机制。
二、石墨烯的化学势能石墨烯的化学势能是指其内部化学结构和原子间相互作用所带来的能量势场。
石墨烯具有优异的化学稳定性和独特的表面化学反应活性,使得其在化学传感、催化和能源存储等领域具有广泛的应用潜力。
在研究石墨烯的化学势能时,可以通过利用matlab编程进行分子动力学模拟和能量势场计算。
通过建立适当的分子结构模型和相互作用势函数,可以模拟石墨烯在不同环境和条件下的化学反应和能量变化。
利用matlab进行数值计算和模拟仿真,可以得到石墨烯的化学势能分布和反应活性,为其在化学领域的应用提供理论基础和指导。
总结:石墨烯的电导率和化学势能是其在电子学和材料科学领域中的重要性质,对其进行准确的研究和计算具有重要的意义和价值。
利用matlab 编程进行模拟和计算,可以有效地揭示石墨烯的导电行为和化学反应机制,为其在电子器件、传感器和催化剂等领域的应用提供理论基础和技术支持。
期望在未来的研究中,能够进一步深入探索石墨烯的电导率和化学势能,并加速其在实际应用中的推广和推动。
石墨烯的电导率和化学势能是其作为材料的两个重要物理特性。
电导率决定了石墨烯在电子器件、传感器等领域的应用潜力,而化学势能则决定了其在催化剂、化学传感等领域的应用潜力。
石墨烯原子的规格
石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料,具有许多独特的物理和化学性质。
关于石墨烯原子的规格,以下是其主要的参数和特性:
1. 结构:石墨烯的原子结构是蜂窝状的,每个碳原子通过共价键与相邻的三个碳原子相连,形成一个稳定的二维网络结构。
2. 原子间距:在石墨烯中,碳原子之间的间距约为0.142纳米(1.42埃),这是石墨烯结构稳定性的关键因素之一。
3. 原子层厚度:石墨烯的厚度非常薄,通常只有一层碳原子的厚度,即约0.335纳米。
这使得石墨烯具有优异的柔韧性和透明性,可以应用于多种领域。
总的来说,石墨烯的原子规格使其具有独特的物理和化学性质,如高导电性、高热导率、高强度和良好的柔韧性等。
这些性质使得石墨烯在电子、能源、生物医学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯常用计量单位及简介
石墨烯一、常用的计量单位及含义纯度(Purity): wt% 【“wt%”是重量含量百分数(%);wt是英文weight的简写。
】比表面积SSA(Special Surface Area): m2/g 【比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。
单位是m2/g,通常指的是固体材料的比表面积,例如粉末、纤维、颗粒、片状、块状等材料。
】电导率(Conductivity):S/m 【电导率,物理学概念,也可以称为导电率。
在介质中该量与电场强度E之积等于传导电流密度J。
对于各向同性介质,电导率是标量;对于各向异性介质,电导率是张量。
生态学中,电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。
单位以西门子每米(S/m)表示。
电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。
】振实密度(Tap Density): mg/mL 【振实密度是指在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。
振实密度或者说体积密度(在一些工业领域称为松装密度)定义为样品的质量除以它的体积,这一体积包括样品本身和样品孔隙及其样品间隙体积。
堆积密度对于表征催化剂、发泡材料、绝缘材料、陶瓷、粉末冶金和其它工业生产品都是必要的。
】片径(Scale):microns/μm灰分(ASH):wt% 【无机物,可以是锻烧后的残留物也可以是烘干后的剩余物。
但灰分一定是某种物质中的固体部分而不是气体或液体部分。
在高温时,发生一系列物理和化学变化,最后有机成分挥发逸散,而无机成分(主要是无机盐和氧化物)则残留下来,这些残留物称为灰分。
】体积电阻率(Volume Resistivity):Ω•m 【体积电阻率,是材料每单位体积对电流的阻抗,用来表征材料的电性质。
通常体积电阻率越高,材料用做电绝缘部件的效能就越高。
通常所说的电阻率即为体积电阻率。
,ρv=R v S/h式中,h是试样的厚度(即两极之间的距离);S是电极的面积,ρv的单位是Ω·m(欧姆·米)】中值粒径D(50):4-6μm【D50:一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。
1摩尔石墨烯中六元环个数
1摩尔石墨烯中六元环个数摩尔石墨烯中六元环个数的研究摩尔石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料,其具有独特的结构和性质。
在研究摩尔石墨烯的过程中,我们经常关注的一个重要参数是六元环的个数。
本文将就摩尔石墨烯中六元环个数这一主题进行探讨。
1. 什么是六元环?六元环是指由六个原子构成的环状结构。
在摩尔石墨烯中,六元环的形成与碳原子的排列方式密切相关。
摩尔石墨烯中的六元环有着重要的作用,它们可以影响石墨烯的稳定性、电学性质和化学性质。
2. 摩尔石墨烯中六元环个数的意义摩尔石墨烯中六元环的个数对于其性质具有重要影响。
研究发现,摩尔石墨烯中六元环的个数与其电导率、机械性能和化学反应活性等有关。
含有大量六元环的摩尔石墨烯具有更好的导电性能,可以应用于电子器件领域。
另外,六元环还会影响摩尔石墨烯的机械性能,增加其韧性和强度。
研究摩尔石墨烯中六元环的个数可以帮助我们更好地理解其性质和应用。
3. 如何计算摩尔石墨烯中六元环的个数?计算摩尔石墨烯中六元环的个数是一项复杂的任务,需要借助计算化学方法和模拟技术。
一种常用的方法是使用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)进行计算。
通过对摩尔石墨烯结构进行建模,并利用量子力学计算方法,可以得到六元环的个数以及其他相关的结构信息。
4. 摩尔石墨烯中六元环个数的调控研究人员发现,通过一系列化学合成方法和物理处理手段,可以调控摩尔石墨烯中六元环的个数。
通过控制合成条件和催化剂的选择,可以实现对六元环的定向合成和增加。
还可以通过机械剥离、化学修饰和烧蚀等方法来调控六元环的分布和个数。
5. 个人观点和理解我个人认为,摩尔石墨烯中六元环的个数是摩尔石墨烯的重要性质之一。
它不仅决定了石墨烯的性能和应用范围,还为我们揭示了摩尔石墨烯的结构和性质之间的关系。
通过研究六元环的个数,我们可以更好地设计和优化摩尔石墨烯的合成方法,进一步拓展其在能源、电子器件和传感器等领域的应用。
石墨烯的性质与应用.
石墨烯的性质与应用.石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料,其特殊的结构和性质使其成为当前研究领域的热点之一。
本文将从石墨烯的性质、制备方法以及应用方面进行介绍。
1. 电子性质石墨烯的电子结构非常特殊,其价带和导带之间的带隙很小,电子穿越石墨烯时呈现线性的色散关系,而且电子的速度非常快。
这些特殊的电子性质让石墨烯被认为是一种有潜力的电子材料,可以用于制作超高速电子器件。
2. 机械性质石墨烯的强度和刚度非常高,堪比钢铁。
此外,石墨烯的柔韧性也很好,可以通过弯曲和滚动来适应各种形状和表面。
这些独特的机械性质使得石墨烯成为一种非常有前途的材料,用于制作柔性电子器件、高效的能量转换器和悬挂桥梁等。
3. 热学性质石墨烯因为薄度只有单层碳原子,热导率也非常好,高达3000 W/mK,是铜的5倍之多。
同时,石墨烯也具有非常低的电阻率、热膨胀系数等热学特性,或许可以用于高效的热管理问题。
石墨烯非常薄,且电子可以自由穿越,因此具有良好的透明性。
石墨烯的吸收光谱在可见光范围内几乎是0,因此可以用于制作高透明电子器件和光学器件。
二、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是将石墨中的一层石墨单晶体通过普通胶带的剥离操作获得的石墨烯样品。
该方法简单易行、成本低,但由于胶带的存在,易造成污染。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过完整的碳源物质在高温、高真空下生长石墨烯。
该方法能够控制石墨烯的晶粒度和质量,并可以在大面积上制备石墨烯,因此是一种非常有前途的制备方法。
液相剥离法将石墨片浸泡在溶液中,通过物理化学相互作用降解去除多层结构石墨,最终得到单层的石墨烯。
该方法操作简便,但是其制备效率有待提高。
石墨烯具有优良的机械性能和电子性能,因此可以用于制作柔性电子器件,这些器件可以曲折自如地适应各种形状和表面,如曲面显示屏、柔性太阳能电池和电子纸等。
2. 能量存储器件石墨烯在电容器、超级电容器、电池等领域的运用非常广泛。
石墨烯具有高的电子迁移速度、良好的电容性能和出色的电解质离子传输能力,因此在能量存储器件领域应用前景广泛。
石墨烯
引言石墨烯是单层碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶体结构的一种炭质材料,碳原子排列与石墨的单原子层一样。
石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335nm,仅为头发的二十万分之一,是目前所发现的最薄的二维材料,是构建其他维数炭质材料(如零维富勒烯,一维纳米碳管、三维石墨)的基本单元,具有极好的结晶性及电学质量和优异的电学、力学性能和结晶性。
2004 年, Manchester 大学的Geim 小组首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型石墨烯.石墨烯是一种没有能隙的半导体,具有比硅高 100 倍的载流子迁移率 (2 × 10 5cm 2/v),在室温下具有微米级自由程和大的相干长度,因此石墨烯是纳米电路的理想材料,石墨烯还具有良好的导热性[3000W /(m ·K)] 、高强度(110GPa) 和超大的比表面积(2630mZ /g) 。
这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。
一、石墨烯的合成目前制备石墨烯的主要方法有: 化学气相沉积法, 微机械剥离法以及液相条件下的有机分子分散法, 溶剂热法和氧化还原法等.化学气相沉积法是以能量激化气体反应先驱物发生化学反应在基底表面形成石墨烯薄膜的一种薄膜成长方法. Keun 等,Kim 等通过 CH4分解,还原 CO等反应生成气态碳原子, 产物沉积在基底表面,生成二维石墨烯薄膜,然而现阶段工艺不成熟及较高的成本限制了其规模应用。
微机械剥离法是采用离子束对物质表面刻蚀,并通过机械力对物质表面进行剥离制备石墨烯 .Geim 等用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离得到单层石墨烯,但由于工艺复杂制备的石墨烯产率低不能够满足工业化需求。
在一定程度上限制了规模化生产。
有机分子分散法是将石墨在有机溶剂中超声分散得到石墨烯的一种方法。
石墨烯橡胶复合材料的性能
石墨烯橡胶复合材料的性能一、机械性能石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa,为目前最硬、强度最高的材料;此外,它还拥有超高的比表面积(约为2630m2/g),比传统石墨高100~500倍,石墨烯的径厚比约为400,比炭黑的高40~80倍,添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能,这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。
Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM 橡胶中制备出了纳米复合材料。
当GNPs填量为26.7%(体积分数)时,复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。
Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶(SR)/氧化石墨烯纳米复合材料。
结果表明:GO片能够均匀地分散在SR基体中,同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。
同时还发现,将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。
二、疲劳性能橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时,常处于周期动态负载状态,而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。
因此,为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命,改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。
Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。
累计损伤可用耗散的能量LDE(Loading path Disspated Energy)来表示,LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。
研究表明,随着GNPs填量增多,体系中GNPs总表面积增大,GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强,结果循环过程中复合材料的能量耗散增多,滞后效应更明显,损伤速率加快;且随着循环次数增多,GNPs的结构发生破坏;在经历初次十个疲劳循环后,纳米复合材料的LDE 速率增大到了临界值,此后随着循环次数增大,累积损伤速率变化很小,纳米复合材料的损伤耗散能量降低。
氧化石墨详细性能参数
氧化石墨烯性能参数氧化石墨烯性能参数,这是很多人在购买时需要详细了解的内容。
氧化石墨烯可以作为功能填料和添加剂用于提高复合材料的性能,也可以用于制备石墨烯。
在氧化石墨烯的应用过程中,其分散尤为重要,其中氧化石墨烯水溶液可以直接应用于高分子合成和涂料等领域,由于没有有机溶剂,氧化石墨烯水溶液是一种绿色环保的新材料。
下面就由先丰纳米简单的给大家介绍氧化石墨烯性能参数。
1、导电性石墨烯稳定的晶格结构使碳原子具有不错的导电性。
石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
2、电子的相互作用石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用。
科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源(ALS)”电子同步加速器。
这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上X射线强度的1亿倍。
科学家利用这一强光源观测发现,石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈,而且电子和电子之间也有很强的相互作用。
3、饱和吸收当输入的光波强度超过阈值时,这独特的吸收性质会开始变得饱和。
这种非线性光学行为称为可饱和吸收,阈值称为饱和流畅性。
给予强烈的可见光或近红外线激发,因为石墨烯的整体光波吸收和零能隙性质,石墨烯很容易就变得饱和。
石墨烯可以用于光纤激光器的锁模运作。
用石墨烯制备成的可饱和吸收器能够达成全频带锁模。
由于这特殊性质,在超快光子学里,石墨烯有很广泛的应用空间。
如果想要了解更多关于氧化石墨烯的内容,欢迎立即咨询先丰纳米。
先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商,专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向,现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线。
自2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。
科研客户超过一万家,工业客户超过两百家。
南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内,现专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向,立志做先进材料及技术提供商。
石墨烯的制备及其电化学性能
石墨烯的制备及其电化学性能一、本文概述石墨烯,一种由单层碳原子紧密排列构成的二维纳米材料,自2004年被科学家首次成功制备以来,便因其独特的结构和优异的性能引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯以其高导电性、高热导率、高强度以及良好的化学稳定性等特性,在材料科学、电子学、能源科学等多个领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在电化学领域,石墨烯因其高比表面积、优良的电子传输性能和化学稳定性,被广泛应用于电极材料、储能器件以及电化学传感器等方面。
本文旨在全面介绍石墨烯的制备方法及其电化学性能。
我们将概述石墨烯的基本结构和性质,以及其在电化学领域的应用背景。
随后,我们将详细介绍石墨烯的几种主要制备方法,包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等,并分析各方法的优缺点及适用范围。
接着,我们将重点探讨石墨烯在电化学领域的应用,包括其在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等储能器件中的性能表现,以及其在电化学传感器中的应用。
我们将对石墨烯的电化学性能进行综合分析,展望其在未来电化学领域的发展趋势和应用前景。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样,根据其制备原理,主要可以分为物理法和化学法两大类。
物理法:物理法主要包括机械剥离法、取向附生法和碳纳米管切割法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法,其原理是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动,得到石墨烯薄层材料。
取向附生法则是在一定条件下,使碳原子在金属单晶(如Ru)表面生长出单层碳原子,然后利用金属与石墨烯之间的弱相互作用,将石墨烯与金属基底分离。
碳纳米管切割法则是通过切割碳纳米管得到石墨烯纳米带。
化学法:化学法主要包括氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法(CVD)等。
氧化还原法是通过将天然石墨与氧化剂反应,得到氧化石墨,再将其进行热还原或化学还原,从而制备出石墨烯。
SiC外延生长法是在高温条件下,使SiC中的Si原子升华,剩余的C 原子在基底表面重新排列,形成石墨烯。
石墨烯透明导电薄膜
石墨烯透明导电薄膜1. 石墨烯的基本性质透明导电薄膜是指在可见光区的平均透光率大于80%,电阻率在10-3cm以下的薄膜,由于其在可见光区范围的高透光率和其接近金属的导电率而成为一种重要的光电信息材料。
目前研究和应用最广泛的是金属氧化物透明导电薄膜( TCO) ,其中ITO 和FTO 最具代表性,这些薄膜具有有高载流子浓度( 1018~1021cm-3) 和低电阻率( 10-4~10-3cm) ,且可见光透射率达80%~90%,膜层硬度高, 耐磨, 耐化学腐蚀(HF酸除外),膜层具有很好的酸刻、光刻性能,便于细微加工。
由于这些优点ITO薄膜已被广泛应用于平面显示和太阳光伏能源系统中。
一般来说,高透明性与高导电性是互为相反的性质。
从这一点来看,ITO 正好处在透明性与导电性微妙的此消彼长(Trade-off)关系的边缘线上(图1)。
这也是超越ITO 的替代材料迟迟没有出现的原因。
然而ITO在蓝光和近红光区域内吸收系数大,成本高,易碎性,离子扩散以及稀有金属资源限制等缺点成为其发展的瓶颈。
对于红外探测器太阳能电池柔性显示器以及激光器的高端产品需求更是望而止步,因此,可弯曲、重量轻、不易破碎可采用卷轴式工业化连续生产方式的产品倍受青睐。
图1 既能透过光线也能通过电流石墨烯是继碳纳米管和富勒烯被发现后,首度被发现的一种能够在自然界中稳定存在的碳二维晶体。
石墨烯在理论上有望避开这种此消彼长的关系成为理想的透明导电膜。
其原因是,由于载流子迁移率非常高(载流子迁移率可超过20000 cm2/Vs,载流子密度为~ 2×1011 cm-2),即使载流子密度较低,导电性也不容易下降。
而载流子密度较低的话,会比较容易穿过更大波长范围的光。
相当于单个原子的超薄厚度同样有助于提高透明性。
不仅是可见光,石墨烯还可透过大部分红外线,这一性质目前已为人所知。
除此之外,石墨烯在电子器件中还具有传统材料不可比拟的优点: 第一,石墨烯有完美的杂化结构,大的共轭体系使其电子传输能力很强,而且合成石墨烯的原料可以是天然石墨,层状石墨烯的提纯相比碳纳米管成本低很多; 第二,石墨烯具有高热导性能( ~5000W/m K) ,可以很快地散发热量,提高器件的连续运行能力; 第三,在柔性基底应用中,高化学稳定性和强机械性能( 拉伸强度和杨氏模量分别可达130 GPa和1 TPa)方面比传统TCO材料更有优势。
电化学储能中石墨烯材料的应用研究
电化学储能中石墨烯材料的应用研究随着全球对节能减排和可再生能源的追求,储能技术得到了广泛的关注和研究。
电化学储能技术是其中一种重要的储能方式。
石墨烯作为一种新型的纳米材料,因其独特的结构和性质,成为电化学储能领域中备受关注的材料。
一、石墨烯材料的特性及其在电化学储能中的应用石墨烯是由碳原子构成的超薄二维材料,具有高比表面积、高电导率、高物理化学稳定性和优异的电化学性能,因此成为电化学储能中的重要材料。
1.1高比表面积石墨烯单层结构的比表面积极高,达到了2630平方米/克,是传统电极材料如金属和碳的几倍,这使得石墨烯能够提高电极表面的反应活性,增强储能效果。
1.2高电导率石墨烯的导电性能极强,理论上可以达到电阻率为0的状态。
这种导电性能可以使石墨烯作为电极材料,存在低内阻的相对优势,从而提高电化学储能的效率。
1.3电化学稳定性在电化学反应中,材料容易受到化学反应的影响并且遭受损坏,从而影响储能性能。
然而,石墨烯的结构十分稳定,在多数实验条件下不容易受到化学反应的影响,保持良好的电化学性能稳定性。
1.4优异电化学性能石墨烯材料在电化学储能中也表现出了优异的性能,如高效的离子传输和储存,较长的循环寿命等。
这些性能可以使石墨烯在不同类型的电化学储能设备中有广泛的应用。
二、石墨烯材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是一种广泛使用的电化学储能设备,其电极材料对储能性能起着决定性作用。
目前,石墨烯被广泛研究用作锂离子电池的电极材料,以期提高储能效率。
2.1 石墨烯作为负极材料目前,商用锂离子电池的负极材料多采用石墨材料。
石墨烯有着比石墨更高的比表面积和导电性能,可以提高电池储能密度,减少电极材料的体积和重量。
同时,石墨烯作为电化学储能材料具有高的可逆容量,循环寿命长,这些优点使得石墨烯在实际应用中有广泛的应用前景。
2.2 石墨烯作为正极材料锂离子电池的正极材料主要是金属氧化物类材料,如钴酸锂、锰酸锂、三元材料等。
石墨烯理化参数对低含量石墨烯填充聚四氟乙烯摩擦磨损的影响
石墨烯理化参数对低含量石墨烯填充聚四氟乙烯摩擦磨损的影响摘要:为提升聚四氟乙烯耐磨性,降低其应用损耗,需要对其进行改性研究。
本文将石墨烯理化参数对低含量石墨烯填充聚四氟乙烯摩擦磨损的影响作为研究对象,设计完整的实验方案,分析石墨烯理化参数,详细分析石墨烯理化参数对于低含量石墨烯填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能影响,旨在为更多研究单位提供思考方向,提高聚四氟乙烯使用性能。
关键词:石墨烯;理化参数;聚四氟乙烯;摩擦磨损前言:作为一类特种工程塑料,聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)拥有良好的自润滑性,温度范围较广,在化工、机械等领域得到大规模应用。
可是,PTFE不具备良好的耐磨性,在使用中容易出现严重损耗,难以作为长期使用的密封部件,现阶段主要使用填充方法对PTFE改性。
石墨烯是一类二维纳米材料,将其添加到PTFE中,可以提升PTFE复合材料的摩擦性能,有必要对这方面进行深入研究。
1.实验方案1.1实验材料粒径在2μm~6μm之间悬浮聚四氟乙烯(PTFE);含碳量为96%的800目微晶石墨;含碳量为99%的200目、325目鳞片石墨;含碳量为99%的80目膨胀石墨,拥有300倍膨胀率。
1.2制备石墨烯本文实验用的石墨烯通过4种工艺制备。
将800目微晶石墨作为原材料,利用Hummers法制备微晶氧化石墨,即将石墨粉末和浓硫酸中的高锰酸钾进行非氧化反应,即可获得棕色的石墨薄片。
再使用水合肼经化学法还原获得Gr1石墨烯;将325目鳞片石墨作为原材料,利用Hummers法制备微晶氧化石墨,即将石墨粉末和浓硫酸中的高锰酸钾进行非氧化反应,即可获得棕色的石墨薄片。
再使用水合肼经化学法还原获得Gr2石墨烯;将80目300倍膨胀率膨胀石墨作为原材料,利用液相剥离法获得Gr3石墨烯;将200目鳞片石墨作为原材料,利用Hummers法制备微晶氧化石墨,再对其冷冻干燥处理,放置在600℃的管式炉中,进行2h的高温还原获得Gr4石墨烯[1]。
石墨烯制备方法总结-高勇
石墨烯(Graphene)的制备方法总结石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜,是一种只有一个原子层厚(0.334nm)的二维材料。
石墨烯分为:1单层石墨烯(Graphene);2 双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene);3 少层石墨烯(few-layer)3-10层;4 多层或者厚层石墨烯(multi-layer graphene)厚度在10层以上10nm以下。
石墨烯(Graphenes)是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯的总称。
制备不同种类的石墨烯有不同的方法,一般情况下,制备单层石墨烯的方法有:机械剥离法、化学气象沉积法、外延生长法、有机合成法等;制备多层石墨烯的方法有:氧化还原法、电弧放电法等;制备石墨烯纳米带的方法:熔融合金快淬碳自析法等。
目前为止,国内外的石墨烯制备方法有20多种,其中包括:1.机械剥离法2.氧化还原法3.外延生长法4.有机合成法5.化学气象沉积法(CVD)6.化学剥离法(氧化还原法)7.球磨法8.熔融合金快淬碳自析法9.电化学法10.石墨插层法11.离子注入法12.高温高压生长法(HTHP)13.爆炸法14.液相气象直接剥离法15.等离子体增强化学气象沉积法(PECVD)16.原位自生模板法17.电泳沉积法18.微波法19.溶剂热法20.电弧放电法21.固态碳源催化法22.纳米管切割法每一种制备方法的原理、制备的石墨烯质量、工艺过程及评价:(1)化学气象沉积法(CVD)原理:CVD法是可控制备大面积石墨烯的一种最常用的方法。
它的主要原理是利用平面金属作为基底和催化剂,在高温环境中通入一定量的碳源前驱体和氢气,相互作用后在金属表面沉积而得到石墨烯。
从生长机理上主要可以分为两种:一是,渗碳析碳机制,即对于镍等具有较高溶碳量的金属基体,碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内,在降温时再从其内部析出成核,进而生长成石墨烯;二是,表面生长机制,即对于铜等具有较低溶碳量的金属基体,高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附于金属表面,进而成核生长成“石墨烯岛”,并通“石墨烯岛”的二维长大合并得到连续的石墨烯薄膜。
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2 I. Introduction.
Graphene, a recently isolated two-dimensional carbon-based material [1], attracted a lot of attention due to unique physical, chemical and mechanical properties [2]. Its low energy excitations, known as massless Dirac fermions [2], result in distinctive properties such as the integer and fractional quantum Hall effect [3-6], minimum metallic conductivity, Klein tunneling, etc. [2]. Recently, it was shown that graphene also possesses remarkable optical properties: its visible transparency is determined by the fine structure constant [7]; photoresponse can reach THz frequencies [8]; infrared transmission can be modulated by a gate voltage [9]. This opens prospects of graphene applications in optics and optoelectronics, e.g., in solar cells [10], liquid crystal displays [11], filters and modulators.
3 II. Theory.
We start by considering optical absorption of a generic 2D system described by
r † ˆ = ∑ε ( p r a r . We suppose that the system has a symmetric Hamiltonian H )a p 0 p
School of Physics and Astronomy, University of Manchester, Manchester, M13 9PL, UK.
Abstract: We demonstrate that optical transparency of any two-dimensional system with a symmetric electronic spectrum is governed by the fine structure constant and suggest a simple formula that relates a quasi-particle spectrum to an optical absorption of such a system. These results are applied to graphene deposited on a surface of oxidized silicon for which we measure ellipsometric spectra, extract optical constants of a graphene layer and reconstruct the electronic dispersion relation near the K point using optical transmission spectra. We also present spectroscopic ellipsometry analysis of graphene placed on amorphous quartz substrates and report a pronounced peak in ultraviolet absorption at 4.6 eV because of a van Hove singularity in graphene’s density of states. The peak is downshifted by 0.5 eV probably due to excitonic effects.
r r system with a symmetric spectrum (both ε ( p) and −ε ( p) are eigenvalues) we have
ε f = −ε i = hω / 2 . This gives
r ∂ε ge 2 W= f E r i 2 8π h ω ∫ ∂p
2
( n(−ε ) − n(ε ) ) δ (ε − hω / 2) pdpdϕ ,
(2)
where ϕ is the polar angle in the plane. Assuming that the energy spectrum is also
r r r ∂ε ( p) d ε r ˆ = p / p and p = p ) and get ˆ (with p p isotropic ε ( p) = ε ( p) , we write r = dp ∂p
(1)
where g is the degeneracy of states, i, f are the initial and final states, respectively,
ˆ r 0 ˆ = − e ∂H V r A , and n(ε) is the occupancy number. For direct optical transitions in a 2c ∂p
r p
பைடு நூலகம்
r r electronic energy spectrum of quasiparticles such that both ε ( p) and −ε ( p) are
r r r r eigenvalues. In electromagnetic field p is gauged as p → p − eA / c , which gives a
c 2 E0 . This suggest that for 8π
Abs (ω ) = W / W0 =
gπα d ln(ε ) . ⋅ ( n(−ε ) − n(ε ) ) 2 d ln( p) ε = hω /2
(4)
This expression connects the experimentally measured spectrum of light absorption Abs(ω) with the electronic dispersion
2
We consider a sufficiently thin layer in which the electric field is constant along the thickness of the layer and the electric field amplitude of the reflected light is small (such condition can be satisfied since the reflection from a layer tends to zero when the thickness of the layer goes to zero). In this case the incident electric field amplitude is close to that in the 2D layer ( E0 ) and the electromagnetic energy that falls onto the system per unit area is approximately W0 = linear polarization (S=1/2) the absorption ratio is
ˆ r r 0 ˆ = − e ∂H A e ιω xp( t ) A exp(−ιωt ) , + semiclassical interaction Hamiltonian as H r int 2c ∂p
(
)
r where A is the real vector potential of electromagnetic wave of frequency ω with r electric field E ( E0 being a real amplitude of the electric field in the 2D layer). The
4
ge 2 E02 d ln(ε ) , W= S ( n(−ε ) − n(ε ) ) 8h d ln( p) ε = hω / 2
(3)
where S =
1 2π
∫
ˆˆ i dϕ is the form-factor ( e ˆ is the unit polarization vector). f ep
Despite a rapid progress in studying infrared properties of graphene layers [9, 12], works on optical properties of graphene in visible are scarce [13]. The aim of this work is to elucidate optical properties of graphene layers in visible light using variable angle spectroscopic ellipsometry and large (typical size of 100μm) high quality flakes deposited on an oxidized silicon substrate and a transparent quartz substrate. Graphene’s absorption remains universal up to violet-light frequencies with a value of 2.3% [7] but exhibits a pronounced peak reaching ~10% in ultraviolet. We also describe how a low energy electronic spectrum of any 2D system with symmetric electronic spectrum can be reconstructed from its optical transmission.