水热法石墨烯量子点的制备及其表征(2)
2.5.4 XRD测试结果分析 17
2.5.5 IR测试结果分析 18
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 绪论
1.1 石墨烯
20世纪30年代，研究人员提出，在任何有限温度下，严格二文晶体中的热涨落作用会破坏原子的长程有序性，导致两文晶格的分解或聚集。一直以来理论和实验界都认为严格的二文晶体无法在非绝对零度稳定存在。2004年，英国Manchester大学的Geim等人发现了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二文原子晶体——石墨烯[1]。这一发现，轰动了科学界，在材料、化学、物理和工程领域掀起了极大的研究热潮。
1.1.1 石墨烯的结构
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯吹冰元环，是目前最理想的二文纳米材料。但石墨烯并不是严格的二文晶体，其平面结构并不完美，而是呈波纹状的（如图1.1.1），即在其第三文度上存在微观尺度的起伏[2]。石墨烯上，碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个未成键的电子位于pz轨道，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成键。通常由碳原子所构成的具有几个原子层（小于10层）的晶体也可称为Graphene。
a.平面石墨烯晶体（透视图） b.实验观察到的波纹状的石墨烯
图1.1.1 石墨烯的波纹结构
1.1.2 石墨烯的性能
石墨烯独特的结构，赋予其优异的性质：
（1）导电性。在石墨烯层片内，电子传输受到的干扰很小，不易发生散射，迁移率达2×105cm2/V•s[3]，电导率高达106S/m[4]；
（2）导热性。热导率是已知材料中最高的，达5000 W/m•K[5]；
（3）力学性能。石墨烯的强度可达130GPa[6]，拉伸模量1.01Tpa。
除此之外，还具有室温量子霍尔效应[7-9]、铁磁性[10,11]、超导性[12]和巨磁阻效应[13]等多种独特的性质。
1.1.3 石墨烯的制备
石墨烯的制备方法主要分为三大类：
（1）剥离石墨法。采用不同层片剥离技术，以石墨为原料，剥离制得石墨烯，如机械剥离法、氧化还原法[14]、静电沉积法[15]、液相剥离法[16]和淬火法[17]等；
（2）直接生长法。在一定条件下，引入碳源，直接生成石墨烯，如有机自组装法[17]、溶剂热法[18]、电弧放电法[19]和晶体外延生长[20]等；
（3）碳纳米管转换法。将碳纳米管的管壁沿轴向“切开”，展平后得到石墨烯，此方法产率高，可批量获得尺寸可控、边缘整齐的石墨烯纳米条带[21]。
在多种制备方法中，氧化还原法被认为是大规模合成石墨烯的起点。此法是先将原料石墨氧化，形成氧化石墨[22-24]。通过超声振荡，对氧化石墨进行剥离分散，得到氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)。由于氧化过程中，键被破坏，GO导电性很差，通过还原剂还原，重塑键，得到高导电性的石墨烯。常用的还原剂有水合肼（N2H4•H2O）[25]，HI[26]等。
1.2 量子点
量子点，即一种特殊的纳米微粒，也称纳米量子点，又称半导体量子点（quantum dot, QD)或半导体纳米微晶体（semiconductor nanocrystal)，以其优良、独特的光学特性及特殊的光电性质，对光电转换、传感、显示、生物成像等方面具有重要的影响，在生命科学、分析科学、材料科学、免疫医学、检验检疫等传统及新兴领域逐渐发挥出越来越大的作用。
量子点主要由Ⅱ~Ⅵ族或Ⅲ~Ⅴ族元素组成的纳米颗粒，如表1.1所示。
表1.1 各种不同类型的量子点