氧化石墨烯和石墨烯的制备与表征开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1 引言

石墨烯(graphene，又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。人们在理论上对石墨烯的研究已有60多年[2]，石墨烯也被广泛地用来描述各种碳基材料的性质。然而，直到本世纪初才获得独立的单层石墨[3]。因石墨烯具有较高的比表面积[4]、突出的导热性能和力学性能[5]及其非凡的电子传递性能[6]等一系列优异的性质，引起了科技工作者极大的兴趣。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[7]，但热膨胀程度和因此得到的片层厚度受石墨种类和膨胀剂的插入过程的影响，其片层厚度一般只能达到30~100nm，难以得到单层石墨烯(约0.34nm)，并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。将石墨氧化成氧化石墨，在超声条件下容易得到单层的氧化石墨烯溶液，再通过化学还原获得石墨烯，已成为石墨烯制备的有效途径。研究表明，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料[8]。此前，石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在，两人也因为二维石墨烯材料的开创性实验这一课题，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 w/mk，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/vs，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6Ωcm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题通过氧化石墨烯和石墨烯的制备，了解石墨烯的最新制备方法，并研究氧化石墨烯和石墨烯的各种表征手段，明确氧化石墨烯和石墨烯的各种性质。

（1）用改进hummer法氧化天然鳞片石墨制得氧化石墨，在蒸馏水中利用超声分散将氧化石墨剥片，得到氧化石墨烯水溶液，离心洗涤，鼓风干燥，得到氧化石墨烯固体样品，密封保存待用。

（2）取氧化石墨烯固体，溶解后超声分散，然后在水合肼作用下加热制得石墨烯黑色悬浮液，过滤并用蒸馏水乙醇洗涤干净后，鼓风干燥，得到石墨烯固体样品。