石墨烯/PI复合膜的制备及性能表征(2)
3.3.1 添加还原石墨烯 26
3.3.2 透光率分析 26
3.3.3 红外吸收光谱分析 28
3.3.4 XRD分析 28
3.3.5 扫描电镜分析 29
3.3.6 显微硬度法测试薄膜厚度和硬度 30
4 结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 石墨烯及其衍生物
1.1.1 石墨烯
2004年，英国曼切斯特大学科学家Geim等人通过机械剥离高度热解的鳞片石墨，成功获得了只有一个原子厚度的碳材料——石墨烯(graphene)[1]，并且证明这种物质能够在外界环境中稳定存在，这一发现震惊了整个物理学界，为二文碳材料的理论实验研究提供了全新的视角。理论上完美的石墨烯是指由碳原子吹冰边形网格形成的单层石墨片层，厚度只有0.335 nm它被认为是富勒烯、碳纳米管、石墨的基本结构单元，多层石墨烯按一定次序平行排列就可构成三文石墨结构，石墨烯的基本结构示意图如图1-1所示。
1-1 石墨烯基本结构示意图
在石墨烯中，碳原子以SP2杂化轨道与其它原子通过强σ键相连接，这些高强度的σ键使石墨烯具有优异的结构刚性，平行片层方向具有很高的强度。碳原子有四个价电子，这样每个碳原予都贡献一个未成键π电子，这些π电子在同一平面层碳原子的上下形成大π键，进而形成垂直于石墨烯片层的互相平行的π轨道，这种离域π电子在碳网平面内可自由流动，类似自由电子，因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性，它的抗磁性也十分显著。
由于具有独特的结构和优异的性能，石墨烯已经在不同的应用领域引起了人们的广泛关注，越来越多的科学家都开始研究石墨烯的制备及性能。目前已经有的石墨烯的制备方法主要分为物理方法和化学方法，具体包括微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、液相剥离石墨法、电化学法等。
（1）机械剥离法
机械剥离法是最初用于制备石墨烯的物理方法，英国科学家Geim等人通过该种方法首次获得尺寸为10 pan的单层石墨烯片。他们以lmm厚的高度定向热解石墨片为原料，应用氧等离子刻蚀技术，将高定向热解石墨转移到玻璃基底上，然后用一种特制的胶带反复粘贴石墨，使得高定向热解石墨玻璃，随后将沾有石墨烯片的玻璃基底置于丙酮溶液中超声振荡。再将单晶硅放入丙酮溶液中，由于范德华力或毛细管作用，单层石墨烯片会吸附在单晶硅片上，从而成功地制得二文的石墨烯片。
（2） 化学气相沉积法
是指通过两种气相物质在反应器中均匀混合，在一定条件下发生化学反应，使生成的固相物质在基底上沉积制备材料的方法。在反应过程中，可以通过选择合成温度、调节原料气的流量和压力等来控制生成物的各成分的组分比和结构，沉积率高、沉积面光滑致密，可用于制备复杂结构的表面材料。
（3） 氧化还原石墨方法
包括Brodie法、Standenlnaier法和Hummers法，这三种方法都是用强质子酸处理原始石墨，形成一阶型石墨层间化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化。例如Hummers法以石墨粉为原料，经过强氧化剂浓硫酸和高锰酸钾的氧化，石墨的层问被插入了-OH、C-O-C及-COOH等含氧基团，增大了石墨的层间距，从而得到了氧化石墨。再经还原可以将氧化石墨平面结构上的含氧基团去除，可使大π键共轭体系得到恢复，即可制得具有一定导电性的石墨烯。
另外，还有液相剥离石墨法，外延生长法，微波法、热溶剂法等制备石墨烯的方法。
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