【摘 要】
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石墨烯是一类主要由碳原子经过sp~2杂化后构成的二维碳材料,呈蜂窝状结构,其厚度仅为单原子层厚度。由于其独特的结构,石墨烯表现出许多优异的特性,比如高透光率、极高的电子迁移率、高导热系数、极大的比表面积等。由于这些独特的性质,石墨烯在微电子、有机光电、储能、生物医学和复合材料等众多领域显现出了巨大的研究价值和光明的应用前景。介电常数作为石墨烯光电特性的重要参数之一,已有很多学者展开了研究,但目前对
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石墨烯是一类主要由碳原子经过sp~2杂化后构成的二维碳材料,呈蜂窝状结构,其厚度仅为单原子层厚度。由于其独特的结构,石墨烯表现出许多优异的特性,比如高透光率、极高的电子迁移率、高导热系数、极大的比表面积等。由于这些独特的性质,石墨烯在微电子、有机光电、储能、生物医学和复合材料等众多领域显现出了巨大的研究价值和光明的应用前景。介电常数作为石墨烯光电特性的重要参数之一,已有很多学者展开了研究,但目前对于石墨烯的介电常数研究仅针对石墨烯薄膜、石墨烯衍生物或者石墨烯复合材料,没有针对石墨烯溶液的介电常数展开研究。石墨烯溶液可应用于锂离子电池以及石墨烯复合材料的制备等。因此本文对石墨烯进行理论计算并对石墨烯溶液的介电常数进行实验研究。（1）首先,单层石墨烯、水以及石墨烯溶液的理论分析,应用Kubo以及Drude两种电导率公式对计算石墨烯电导率、介电常数和折射率的影响。发现通过两种公式计算得到在1GHz-10~5GHz波段石墨烯电导率以及折射率相差不多,然而得到的微波波段的介电常数有些差异。分析造成这种差异的原因是Drude公式相较于Kubo公式忽略了石墨烯带间跃迁。根据德拜方程计算了水的介电常数。水的复介电常数实部随频率增大而减小,虚部随频率的增大而先增大后减小。根据麦克斯韦-加内特公式计算了石墨烯溶液的介电常数。随着石墨烯体积分数的增加,石墨烯溶液介电常数的实部和虚部的绝对值都在增加。（2）其次,对石墨烯溶液进行实验研究,测量了三种浓度（2mg/ml、1mg/ml、0.5mg/ml）石墨烯溶液分别置入0.5mm直径毛细管和0.9mm直径毛细管中时的介电常数。随着插入谐振腔深度增加时,同一浓度石墨烯溶液的介电常数随之增加。当处于谐振腔同一深度时,石墨烯溶液介电常数随着浓度的增加而增加。在相同温度、相同湿度和相同频率下进行多次实验并分析,所测石墨烯溶液的介电常数稍有差异,造成这些不同的原因是调节进入谐振腔深度时的误差、石墨烯溶液本身分散性不同以及在利用波长频率刻度对照表对波长进行转换时,每一个频率对应一定范围的波长,在转化为频率时产生的差异。分析毛细管对结果的影响,0.5mm直径毛细管对石墨烯溶液的介电常数影响更大。对水的介电常数进行了测量,所测得水的介电常数实部随着进入谐振腔的深度增加而增加。
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