少层石墨的制备及Raman光谱研究

论文摘要

石墨烯(graphene)是迄今为止世界上最薄的一种新型二维碳材料。石墨烯具有高的载流子迁移率,其电子具有亚微米尺度的弹道传输特性,常温下具有极快的电子传输速率,这些优异的性质使得它在纳米电子器件方面具有广泛的应用前景。本文主要采用撕胶带法和氧化还原法制备了少层石墨,并通过Raman光谱对样品进行了系统研究。利用高定向热解石墨(HOPG)优异的层状结构,通过反复撕胶带法分别在300nm SiO2/Si和Si衬底上得到了少层石墨。通过不同厚度样品的Raman光谱对比,可以辨别出少层石墨；从光学显微图片看,少层石墨在300nm SiO2/Si衬底上的光学对比度更好,通过Raman光谱测试也证实了这点,并在300nm SiO2/Si衬底上获得了单层石墨,即石墨烯。以高纯石墨粉为原料,利用改进的Hummers法制备得到了氧化石墨(GO),样品的Raman光谱测试显示：氧化后石墨的2D峰消失,D峰与G峰变宽,且强度比变大,表明其结构发生了变化,缺陷增多。XRD测试结果显示,石墨的(002)峰消失,GO的(100)和(001)衍射峰出现,表明石墨被氧化了。分别采用高压釜热还原和水合肼化学还原对GO进行了还原,通过Raman光谱分析得出：(1)石墨2D峰的重新出现表明GO的结构发生了变化。(2)通过ID/IG值的比较,可以得出高压釜热还原方法在一定程度上对石墨氧化过程中产生的缺陷进行了修复,还原效果优于水合肼还原。XRD测试显示石墨(002)特征衍射峰增强,GO的(100)和(001)衍射峰减弱,GO被还原。还原产物在水中和NMP中的分散性研究表明还原后GO中的亲水基团大量消失。GO及其还原产物的PL谱测试显示,GO粉末发绿光,还原产物发蓝光,这也说明GO还原后结构发生了变化。Raman光谱是一种无损的、快速的、准确的判断石墨烯的有效手段,在GO及还原产物的结构表征方面也具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 碳材料概述
• 1.1.1 常见碳材料简介
• 1.1.2 常见碳材料的制备方法
• 1.2 石墨烯概述
• 1.2.1 石墨烯的发现
• 1.2.2 石墨烯的结构
• 1.2.3 石墨烯的基本性质
• 1.2.4 石墨烯的应用前景
• 1.3 本文的研究意义
• 参考文献
• 第二章 石墨烯制备方法及表征手段
• 2.1 石墨烯制备方法的发展
• 2.2 石墨烯常见制备方法
• 2.2.1 微机械分裂法
• 2.2.2 加热SiC法
• 2.2.3 取向附生法和CVD法
• 2.2.4 化学分散（剥离）法
• 2.2.5 轴向切割碳纳米管法
• 2.3 石墨烯表征方法简介
• 2.3.1 Raman散射光谱
• 2.3.2 其他表征手段
• 参考文献
• 第三章 撕胶带法制备少层石墨的Raman光谱研究
• 3.1 引言
• 3.2 撕胶带法制备少层石墨
• 3.3 样品的Raman光谱研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 氧化还原法制备少层石墨
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 主要化学试剂及仪器
• 4.2.2 氧化石墨的制备
• 4.2.3 氧化石墨的分散和还原
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品的Raman光谱表征及分析
• 4.3.2 样品的XRD表征及分析
• 4.3.3 样品的PL谱
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 发表文章
• 致谢