【摘 要】
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碳是地球上一切有机体的骨架元素和化学上最通用的元素之一。碳材料因其内部碳sp2杂化的异向性和排列的各向异性使其具有多种性质,并在光学、电学及储能方面表现出一定潜力。
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碳是地球上一切有机体的骨架元素和化学上最通用的元素之一。碳材料因其内部碳sp2杂化的异向性和排列的各向异性使其具有多种性质,并在光学、电学及储能方面表现出一定潜力。对比石墨烯、碳纳米管、石墨烯等多种碳材料,煤具有储量丰富、价格较低廉等优点,以煤为原料制备碳材料具有广阔的研究前景。本文以褐煤为碳材料制备的碳源,针对褐煤独特的化学结构、组成以及煤中存在芳香结构和脂肪结构单元等特点,研究了一种低成本的相溶方法,并且将离心后的上清液以一种简单的膜制备方法-旋涂法制备成煤基碳薄膜,在不同温度下对其进行退火处理,测试退火温度对其电学性能的影响,通过表征分析退火对其内部结构的影响。本文研究表明,原煤和异丙醇混合球磨后沉淀中的碳、氮和硫元素含量和原煤基本相同,氢、氧元素含量以及水分、挥发分减少,灰分和固定碳增加;混合球磨使得原煤破碎,粒径减小,促进了煤中含有羟基以及小粒径物质转移至异丙醇溶液中;对比原煤、沉淀和上清液的拉曼光谱和X射线光电子能谱,发现湿法混合球磨过程不改变原煤的无序性和内部碳原子的键合方式,湿法球磨-离心产生的上清液的无序性和内部碳原子键合方式与原煤保持一致;退火处理造成煤基碳薄膜表面出现裂纹和烧结,并随着退火温度的升高变得更加明显;退火处理造成煤基碳薄膜无序性和sp2碳原子含量增加,并随退火温度升高呈现递增趋势;未退火的煤基碳薄膜并没有表现出足够的电导率,退火后具有导电性,且电导率随热处理温度升高而递增,退火温度为400℃和800℃之间的电导率的差值在7个数量级,退火温度在700℃和800℃的薄膜电导率处于一个数量级上。
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