石墨烯复合材料的制备及其超电容性能的研究(2)

菜单

2.3.1 X射线衍射测试(XRD) 14

2.3.2 扫描电镜（SEM） 14

2.3.3 傅里叶红外光谱仪(FTIR) 14

2.3.4 循环伏安法（CV） 14

2.3.5 恒电流充放电法 15

3 实验结果与讨论 16

3.1 SEM分析 16

3.2 TEM分析 17

3.3 XRD分析 17

3.4 FTIR分析 19

3.5循环伏安法测试 20

3.6 恒流充放电实验 21

4 结论 24

致谢 25

参考文献 26

1绪论

1.1石墨烯概述

石墨烯是一种平面的二维碳材料，于2004年被英国物理学家Kostya Novoselov和Andre Geim发现，厚度极薄，仅达到单个碳原子大小。它可以作为诸如富勒烯，碳纳米管、体相石墨等的原始材料便是因为它的这种特殊结构。基于碳本身结构具备多样性，并具有很好的可设计性以及复合型，故而能够形成零维富勒烯，卷曲形成一维碳纳米管，通过堆积形成三维的石墨，如图1.1所示便是石墨烯构成的其他同素异形体。随着科学进步，石墨烯的这种特性逐渐被人们所注意到，而以炭作为主体材料所制成的各种具有特殊结构或优异性能的新型材料更是引起了科学界的广泛关注[1]。

石墨烯材料不仅在电学方面拥有优异的性能，在力学和热学方面的各种优点同样令人瞩目。人们不断探索其大规模制造的方法，以及其多方面的物理化学理论，在国际上引发了一次新的探索热潮。石墨烯所具有的独特结构，也催生了其在导电率，热导率，高比表面积等方面的优势，使其被大量的运用电子、光电、超电容器复合材料等多个领域。近年来，将石墨烯作为电容器的电极材料更是成为了科学研究的一大趋势。

石墨烯：构建其他维度的基本单元

1.2石墨烯的发现

碳元素以多种同素异形体的形式广泛存在于自然界中，其中最为人们所熟悉的就是金刚石和石墨，二者分别是以sp³和sp²杂化的碳所形成的空间三维结构材料。而随着对科学领域的不断探索，碳元素的各种同素异形体也相继被人们所熟知[2]。

例如，在1985年所发现的富勒烯以及一维的碳纳米管便属于碳的同素异形体。前者是由非平面的五元环和六元环等组成的封闭式空心球形（或楠球形）共轭烯，有望在药物、蓄电池材料、催化剂、半导体等多种领域得到应用；后者兼具半导体特性和金属特性，被科学家誉为未来的“超级纤维”，在复合材料、电化学设备、储氧、场发射器件、纳电子器件、传感器和探针等领域有可观的应用前景。2004年，英国Manchester大学的Geim和Novoselov领导的研究小组，在对新勞开的石墨晶体断层进行打磨的过程中，发现有许多石墨薄片脱落，其中有些薄片只有一层原子厚度。经过研究发现，这是一种全新的碳材料，并将其命名为石墨稀。

1.3石墨烯的性质

相较于其他材料，石墨烯具有极其优良的性能，在许多方面更是可以说远远超过。比如杨氏模量可高达1100GPa，以及可到达125GPa的断裂模量，在常温之下高达5000W/mK的热导率等一系列数据，都远远强于其同素异形体碳纳米管；在理论计算中，在石墨烯的表面不存在缺陷的情况下，它的比表面积可高达2630m2/g，而当存在晶格缺陷致使比表面积增大的情况发生时，石墨烯的比表面积更是可以超过2630m2/g这一数字，这一数据证明了它在储能领域所具备的潜力。石墨烯具有优良的导电性能，在其内部时，电子运行的速率能达到光的三百分之一，这一特点是其他的大比表面积的碳材料所没有的特殊性质，是其他材料所远远不如的，这也预示这将石墨烯作为电极制备的材料的话，它将拥有十分优良的性能[3]。