本文關(guān)鍵詞：超臨界二氧化碳體系中石墨烯的制備及其應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 超臨界二氧化碳 石墨烯 插層劑 剝離 太陽(yáng)能電池 阻變存儲(chǔ)器

【摘要】：石墨烯是一種單層原子構(gòu)成的材料,是目前已知的最薄、硬度最大的納米材料。作為一種新型材料,因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)等性能,在各個(gè)領(lǐng)域掀起了研究的熱潮,有可能成為引領(lǐng)多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料,在電子設(shè)備、航天材料、能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。在本論文中,我們通過(guò)研究輔助插層劑在超臨界二氧化碳體系中對(duì)石墨烯剝離的影響,確定合適的輔助插層劑和剝離的最佳條件；然后通過(guò)一系列的表征手段,對(duì)剝離的產(chǎn)物進(jìn)行分析；最后將剝離得到的石墨烯應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池和阻變存儲(chǔ)器中。本論文的主要工作和實(shí)驗(yàn)成果如下：(1)插層劑Dipp-PDI對(duì)石墨剝離的影響在溫度為40℃和壓強(qiáng)10 MPa條件下,取占石墨的質(zhì)量百分比分別為0.3%、0.5%、0.8%、1%、3%的N,N'-雙(2,6-二異丙基苯基)-3,4,9,10-傒四甲酰二亞胺(Dipp-PDI)依次進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn),當(dāng)加入的Dipp-PDI占石墨總質(zhì)量百分比為0.8%時(shí),剝離得到的石墨烯濃度最高,約0.45 mg/mL.這說(shuō)明在Dipp-PDI質(zhì)量占0.8%時(shí),其能夠有效的參與到石墨的剝離中,并能夠提高剝離得到的石墨烯懸浮液的穩(wěn)定性。這與其分子之間的強(qiáng)烈的π-π作用有關(guān),能夠有效的跟剝離出來(lái)的石墨烯結(jié)合,有效的防止石墨烯再次發(fā)生團(tuán)聚而沉降。(2)溫度和壓強(qiáng)對(duì)剝離效果的影響在Dipp-PDI占石墨質(zhì)量為0.8%時(shí),我們研究了在不同溫度和壓強(qiáng)下,對(duì)石墨烯剝離的影響。保持壓強(qiáng)10 MPa不變,溫度為40℃時(shí)剝離得到的石墨烯濃度最高,約為0.44 mg/mL；保持溫度40℃不變,隨著壓強(qiáng)的增大,剝離得到的石墨烯濃度逐漸增大,在20 MPa時(shí)剝離得到的濃度最高為0.48 mg/mL.考慮到實(shí)驗(yàn)的易操作性和安全性,我們選擇15MPa作為最佳的剝離壓強(qiáng),剝離得到的石墨烯濃度約為0.46 mg/mL。(3)石墨烯的尺寸、層數(shù)的表征通過(guò)對(duì)剝離得到的石墨烯進(jìn)行離心制樣進(jìn)行表征,AFM下可以得到剝離得到的石墨烯層數(shù)約為2-4層,樣品的尺寸約為幾百個(gè)nm到1μm,TEM能夠更清晰的看到石墨烯的分布、形狀,跟AFM結(jié)果一致；Raman拉曼光譜的數(shù)據(jù)顯示實(shí)驗(yàn)得到的石墨烯缺陷較少,且2D峰峰強(qiáng)較高,說(shuō)明剝離得到了層數(shù)較少、質(zhì)量較高的石墨烯；X射線衍射剝離得到的石墨烯的衍射峰強(qiáng)度明顯減弱,且在(002)的衍射峰20角度變小,說(shuō)明石墨得到了較好的剝離。(4)石墨烯摻雜的染料敏化太陽(yáng)能電池將實(shí)驗(yàn)剝離得到的石墨烯按照不同的質(zhì)量百分比跟Ti02混合作為染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)的光陽(yáng)極,制作的太陽(yáng)能電池跟純Ti02染料敏化太陽(yáng)能電池相比,電池的效率得到了顯著的提升。其中,當(dāng)石墨烯所占質(zhì)量百分比為0.2%時(shí),電池的轉(zhuǎn)換效率最高,為2.12,相比于純Ti02電池的轉(zhuǎn)換效率1.21,效率提高了75%,效果相當(dāng)顯著。(5)石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器,相比于純POMA的阻變存儲(chǔ)器,器件的性能也有很大的提高。石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器SET和RESET電壓明顯減小,也意味著功率的損耗減小；且器件在耐久性方面也有顯著提高,石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器在循環(huán)一百多次后仍然能保持開(kāi)關(guān)比在102-103數(shù)量級(jí),且在循環(huán)幾百次之后,器件雖然開(kāi)關(guān)比減小,但并不會(huì)真正閉合,一直在102數(shù)量級(jí)左右,仍能進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。
【關(guān)鍵詞】：超臨界二氧化碳 石墨烯 插層劑 剝離 太陽(yáng)能電池 阻變存儲(chǔ)器
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 主要符號(hào)表13-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 引言14-15
• 1.2 石墨烯概述15-18
• 1.2.1 石墨烯性能簡(jiǎn)介15-17
• 1.2.2 石墨烯制備方法17-18
• 1.3 石墨烯的應(yīng)用18-20
• 1.3.1 石墨烯染料敏化太陽(yáng)能電池18-19
• 1.3.2 石墨烯增強(qiáng)的阻變存儲(chǔ)器19-20
• 1.4 超臨界剝離技術(shù)及課題的選取20-23
• 本章參考文獻(xiàn)23-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試分析方法28-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28-30
• 2.1.1 超臨界二氧化碳剝離系統(tǒng)28-29
• 2.1.2 真空干燥箱29
• 2.1.3 馬弗爐29-30
• 2.1.4 離心機(jī)30
• 2.2 測(cè)試分析方法30-36
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡30-32
• 2.2.2 原子力顯微鏡32-33
• 2.2.3 透射電子顯微鏡33
• 2.2.4 拉曼光譜33-34
• 2.2.5 紫外可見(jiàn)吸收光譜34-36
• 本章參考文獻(xiàn)36-38
• 第三章 超臨界二氧化碳體系中輔助插層劑對(duì)剝離石墨烯的影響38-62
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法38-42
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料38-40
• 3.1.2 具體實(shí)驗(yàn)條件和剝離步驟40-42
• 3.2 輔助插層劑對(duì)石墨剝離的最優(yōu)條件分析42-51
• 3.2.1 Dipp-PDI、EH-3及TMN-3對(duì)剝離結(jié)果的影響42-49
• 3.2.2 壓強(qiáng)對(duì)剝離結(jié)果的影響49-50
• 3.2.3 溫度對(duì)剝離結(jié)果的影響50-51
• 3.3 石墨烯表征分析51-59
• 3.3.1 SEM51-52
• 3.3.2 AFM52-55
• 3.3.3 Raman光譜55-56
• 3.3.4 TEM56-57
• 3.3.5 X射線衍射57-59
• 本章參考文獻(xiàn)59-62
• 第四章 石墨烯的應(yīng)用62-76
• 4.1 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽(yáng)能電池制備及性能表征62-68
• 4.1.1 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽(yáng)能電池62-63
• 4.1.2 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽(yáng)能電池制備63-64
• 4.1.3 石墨烯-TiO_2染料敏化太陽(yáng)能電池性能分析64-68
• 4.2 石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器制備及其性能分析68-75
• 4.2.1 石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器的制備69-70
• 4.2.2 石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器的性能測(cè)試70-75
• 本章參考文獻(xiàn)75-76
• 第五章 結(jié)論76-78
• 致謝78-79
• 學(xué)位論文評(píng)論及答辯情況表79

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本文編號(hào)：772004