氟化石墨的剥离研究+文献综述(2)
4 结论 25
致 谢 26
参考文献 27
氟化石墨的剥离
1 绪论
1.1 研究的背景与意义
1.1.1 研究的背景
石墨烯除了拥有独特的结构和优异的性能，还有很高的理论研究价值和广阔的应用前景，使其备受各界的关注，尤其是其衍生物的制备和应用已成为世界的焦点。石墨烷、氧化石墨烯和氟化石墨烯是石墨烯的主要衍生物，除了氟化石墨烯的研究和制备的技术还处在不成熟的初级阶段外，其它的氧化石墨烯和石墨烷方面的研究都已步入成熟，所以氟化石墨烯的研究有待进步。
从20世纪开始，就不断有各种合成氟化石墨烯的方法。2004年来自英国曼彻斯特大学的学者安德烈海姆第一次成功利用微机械剥离法制备出石墨烯[1]。人们普遍认为微机械剥离法是最直接有效的方法制备高质量的石墨烯，但是有利也有弊，它有低产率和高成本的缺点，所以不利于工业生产。一般方法是采用二氟化氙等氟化试剂制备氟化石墨烯的，或者是对已制得的石墨烯氟化处理来制备氟化石墨烯。然而，氟化试剂本身价格高，而且具有剧毒性的，所以这种方法极不环保，无法大规模使用。在这之后就产生了化学剥离法制备氧化石墨烯[2]，利用化学试剂使其膨胀，从而进行剥离制得。人们尝试将这种方法嫁接到氟化石墨烯的制备上。之后中科院兰化所成功用N-甲基吡咯烷酮使其溶解，作为插层试剂[3]。通过加热和超声，制备高品质的氟化石墨烯。最新消息是天津大学通过水热剥离法制备了含有C-F半离子键的单层氟化石墨烯。还把它作为正极材料制作了高比能量锂原电池，其能量比普通电池增加了1/3[4]。所以氟化石墨烯的制备在不断改进中成熟。
1.1.2 研究的意义
氟化石墨通过各种反应可以剥离生成氟化石墨烯，是石墨烯的一类新的衍生物，在性能方面比石墨烯更优良，具有更高的强度，更强的疏水性，更低的表面能，带隙展宽，拥有这些新颖的界面和物理化学性能是由于氟原子插入进来才改善了这些性能。因此，氟化石墨烯能耐得住高温，由于它的化学性质很稳定，在性质上和聚四氟乙烯有类似的地方。故人们又把氟化石墨叫做“二文特氟龙” [5]。所以氟化石墨烯在任何高要求（例如耐高温、超薄和强度大的涂层上）的环境中派上用场[6]。同时它可以在发光二极管中的部件中应用，比如它的超薄介质和显示器。此外，氟化石墨烯具有很大的应用前景在新型纳米电子器件、界面、润滑材料等领域，因为它能在绝缘体材料中得到运用。因此，把氟化石墨剥离成氟化石墨烯是未来的一个重要的研究方向，对我国的工业生产和发展有着长远而重大的意义。
1.2 氟化石墨的性质与应用
1.2.1 氟化石墨的性质
在很高的温度的条件下可以让氟与碳直接地接触，通过反应生成氟化石墨。它是石墨插入氟原子后生成的插层化合物，存在着共价键。分子式为(CFx)n。其中X值是不确定值，取值范围在0到1.25区间内[7]。氟化石墨分子式中碳和氟的比值决定了它的许多性质，随着氟含量的减少，它的电阻、表面积等随之变化，颜色也由白色逐渐变为灰黑色。CF(1-1.25)称为高氟化度石墨，CF(0.5-0.99)被称之为低氟化度石墨，其颜色随着氟含量的不断增加，颜色变淡，由黑色转变为白色，高氟化度石墨具有良好的热稳定性，是电和热的绝缘体，而且不受强酸和强碱的腐蚀，其润滑性能远远超越MoS和鳞片石墨。
氟化石墨虽然保持着层状结构，但是和原来晶体比较，分子间作用力很弱，所以和一般氟化物的物理、化学性质有所不同。氟化石墨(CF)n是白色的粉末状颗粒，形状呈球型或是鳞片型，其直径小于0.5um。关于氟化石墨的物性，它的密度比水大，约为2.5g•cm-3的氟化石墨竟然能浮于水面，这也说明它表面能低和憎水性强。关于化性，氟化石墨，能耐如硫酸、硝酸和王水等的强酸，也能耐强碱，且不溶于苯、醇、丙酮、醚等有机溶剂，且在高温条件下会分解为氟化烃气体和无定形碳，它的分解温度与F/C有关。所以它的的化学性质极其稳定。
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