石墨烯复合材料的制备及其光电性能研究

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石墨烯是单碳原子层的二维平面蜂窝状结构,自2010年获诺贝尔物理奖后便引起学术界的关注及研究热潮。石墨烯是最薄、最坚硬的纳米材料,导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石;常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,是目前电阻率最小的材料;光透过率为97.7%,可用在光电器件、传感器、超级电容器和生物医学等诸多领域。而氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物,因其表面引入含氧官能团而具有特殊的荧光性质,可用于生物分子标记和抗菌材料。石墨烯/银纳米粒子的复合结构也有抗菌作用而倍受关注。本文研究石墨烯、氧化石墨烯及石墨烯/银复合结构的制备方法及其光学性能,并对比这三种材料的结构及性质的差异,研究结果表明:  (1)用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,其吸收谱显示在231 nm处有个强吸收峰,对应于氧化石墨烯的π-π*跃迁;在298 nm处有个肩峰,对应于氧化石墨烯的n-π*跃迁,用450 nm波长的光激发氧化石墨烯,能观测到明显的荧光现象。  (2)用乙二醇、水合肼、氢溴酸和硼氢化钾在相同条件下还原氧化石墨烯,发现硼氢化钾还原性较好。在不同温度、不同时间及不同还原比例下用硼氢化钾还原氧化石墨烯,发现还原石墨烯的最佳条件为1∶50的硼氢化钾在100℃还原5h。  (3)用上述还原氧化石墨烯的条件同步还原银离子,制备石墨烯/银纳米粒子的复合结构,发现石墨烯/银复合结构具有电容增强效应。
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