基于石墨烯柔性高电导率电极的设计开题报告

 2022-04-04 09:04

1. 研究目的与意义

1.1 背景

近几年来,有关以石墨烯为主的纳米材料的性质、合成和应用的研究,有了很大的突破。这种单原子浓密的组织层,所具有的物理性能超越了传统材料,这些良好性能使得石墨烯在广阔的应用方面具有很高的价值。尤其是电学产品中,得到新型发展。

通过调查研究,我们可以发现几种常见传统金属的电导率如下:金71.6银106铜100铁17.2铝61锡15.1等,其中我们可以知道银的导电性能在其中算是最好的了,而由于石墨烯碳原子晶格中,外层的第四个电子为公共,可形成弱工键并构成与平面垂直的π轨道。晶格中的n电子可在其工轨道中自由移动,不会发生散射现象,使得石墨烯电子传输性质良好。研究指出石墨烯载流子迁移率在室温下可达光速的1/300,约15000cm2/(v.s),若在特定的条件下,可达25000cm2/(v.s)。石墨烯电子结构的研究,显示其具有半整数和反常量子霍尔效应、室温量子霍尔效应、完美的量子隧道效应以及从不消失的电导率等电学性质,所以说石墨烯具有很强的导电性能,通过调查研究表明石墨烯的电导率大概是银的电导率的1.6倍,并且它的电阻率也是很低的,可以表明石墨烯的导电性能比绝大多数传统金属的导电性能要好。由于传统金属不易弯曲变形,而石墨烯结构稳定,当受到机械外部力时,各碳原子间的柔韧连接不会重新排列成新的结构,但在一定程度上会发生弯曲变形,稳定的碳晶格结构使石墨烯在具备导电性能的同时也拥有良好的柔韧性,所以说石墨烯比传统金属更适合作为柔性材料。

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2. 研究内容和预期目标

石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。hummers化学还原法制备石墨烯被证明是一种高质量、低成本、可工业化发展的方法,其基本步骤分为氧化石墨烯(go)的制备和还原。 在制作过程中,超声时间、氧化还原时长的控制、还原剂的加入量等,都会对go的性能、形貌、片层尺寸带来影响。本课题拟采用控制变量的方法对几个关键性变量进行调控研究,本课题拟采用控制变量的方法对几个关键性变量进行调控研究,对于学生工作提出以下要求:

1、 调研文献并总结石墨烯的热学特性。

2、 学习并掌握使用hummers法制备氧化石墨烯并,能够独立完成go制备过程。

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3. 研究的方法与步骤

3.1 研究方法

查阅相关资料和文献,了解国内外石墨烯的制备和发展现状,从中整理和总结出石墨烯制备的实现方法,为课题研究做好充分的准备。通过对石墨烯导电性能和力学性能的研究和总结,将石墨烯应用到柔性开关电路上。

3.2 研究步骤

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4. 参考文献

[1] novoselov k. graphene: mind the gap[j]. nature materials, 2007, 6: 720-721.

[2] dreyer d r. park s, bielawski c w, ruoff r s. the chemistry of graphene oxide[j]. chemical society reviews, 2010, 39: 228-240.

[3] park s, ruoff r s. chemical methods for the production of graphenes[j]. nature nanotechnology, 2009, 4:217-224.

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5. 计划与进度安排

(1)2022.2.25-2022.3.15 文献调研,图书馆查阅资料,完成开题报告,完成外文资料的翻译;

(2)2022.3.16-2022.4.15实验系统研究基于石墨烯柔性高电导率电极的设计;

(3)2022.4.16-2022.4.30 总结并整理实验数据,进行优化实验;

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