基于微晶石墨的石墨烯制备及其电磁特性研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:seacloudnemo
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为提高天然微晶石墨的深加工技术水平及附加值,同时也为满足“薄、轻、宽、强”新型吸波材料的需求,本文以微晶石墨为原料制备石墨烯,探讨了还原工艺对石墨烯结构和组成的影响,并对所制备的石墨烯电磁特性进行了研究,分析了微晶石墨烯的形成及其电磁波吸收机理,主要研究内容如下:  1、研究了以微晶石墨为原料液相氧化还原法制备石墨烯的工艺流程。可制备出面积约2μm2,碳原子层数多为3~4层,厚度约1.1nm,碳氧原子摩尔比为6.5∶1,电导率达358.423 S·m-1的微晶石墨烯。  2、考察了化学还原法和溶剂热还原法对所制备石墨烯结构和组成的影响。结果表明采用溶剂热还原法和化学还原法均可有效地还原氧化石墨烯,其中,溶剂热还原法所制备的石墨烯片层厚度更小,碳原子层数更少,还原效果更好,内部缺陷程度更大。  3、结合所制备石墨烯的微观形貌结构、晶体结构与元素组成,分析了从微晶石墨到氧化石墨烯再到还原氧化石墨烯的演变过程,其过程包括氧化、剥离和还原三个阶段。还原过程阶段对所制备石墨烯的质量控制影响显著。  4、研究了溶剂热还原过程中乙醇浓度和反应温度对所制备石墨烯结构和组成的影响。结果表明反应温度主要影响石墨烯形貌结构,乙醇浓度主要影响石墨烯组成。随着反应温度的升高,石墨烯颗粒尺寸变小,边缘卷曲程度加深,石墨烯变得更易于团聚。随着乙醇浓度的提高,石墨烯中氧含量降低,碳氧原子的摩尔比增大,当乙醇浓度为50%时,其值为7.4∶1。  5、研究了乙醇浓度和反应温度对石墨烯电磁特性的影响。结果表明反应温度为180℃,乙醇浓度为40%制备的石墨烯具备较优吸波性能。当石墨烯质量分数为5%,厚度为4 mm时小于-5 dB和-10 dB的有效带宽分别为7.2 GHz和1.76 GHz,且存在双吸收峰,反射系数可达-11.17 dB。  6、分析了微晶石墨烯复合材料的电磁波吸收机理,其电磁波耗散来源于两重Debye弛豫过程,分别是由石墨烯层状结构对电磁波的多重反射、内部缺陷和杂质形成的偶极子所引起的散射作用所致。  本研究将为进一步提高微晶石墨矿产资源的综合利用率和深加工技术水平提供科学依据。
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