电弧法制备石墨烯:工艺参数，生长机理，存在的问题与对策

石墨烯具有完美的二维结构和优异的光学、力学、热学、电学、化学性能,自发现以来就引起了科研界的广泛关注。在过去的十几年间,石墨烯的制备方法不断涌现,电弧法因具有效率高、安全可靠、产品品质高、环境友好、容易得到掺杂的石墨烯等优点而受到广泛关注。总结了反应气氛、压力、催化剂、磁场等因素对电弧法制备石墨烯的影响。同时,对石墨烯在上述影响因素下的生长机理进行论述,分析了电弧法制备石墨烯存在的问题,并提出了相应的解决途径。最后,对我国石墨烯的研究现状进行总体分析,并展望了电弧法制备石墨烯的发展趋势。     

石墨烯增强金属基复合材料的制备方法研究进展

石墨烯因其独特的电学、力学和热学等性能,作为强化相在制备轻质、高强度、强韧性的优异合金材料方面越来越受到关注.简单介绍了石墨烯制备方法和性质,综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法、性能及强化机制,并对影响复合材料结构性质的因素进行了分析,同时展望了今后金属基石墨烯复合材料的研究方向及发展趋势.     

MPCVD法制备石墨烯的研究进展

微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。首先通过分析制备石墨烯的几种主要方法（微机械剥离法、sic外延生长法、化学剥离法、化学气相沉积法）得出MPCVD法相对于其他方法的优势,然后综述了MPCVD法制备石墨烯的研究进展,最后简要列举了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。     

微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展

微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点,是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势,然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究,最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。     

聚多巴胺涂层的制备及其衍生碳材料的概述EI北大核心CSCD

受贻贝粘蛋白的启发,聚多巴胺因其极强的黏附性、优良碳产率而受到广泛的关注。文章综述了浸涂法、转移法等聚多巴胺涂层的主要制备方法,并对制备过程中的各种影响因素进行了分析,揭示了其对聚多巴胺生成速率和最终聚多巴胺涂层厚度的影响规律;并对其衍生碳材料的制备方法、结构性质以及应用进行了简要概述,类似于石墨烯的层状结构、高导电性等特性促使了其在柔性电子、储能等前沿领域的广泛应用。     

聚多巴胺涂层的制备及其衍生碳材料的概述

受贻贝粘蛋白的启发，聚多巴胺因其极强的黏附性、优良碳产率而受到广泛的关注。文章综述了浸涂法、转移法等聚多巴胺涂层的主要制备方法，并对制备过程中的各种影响因素进行了分析，揭示了其对聚多巴胺生成速率和最终聚多巴胺涂层厚度的影响规律；并对其衍生碳材料的制备方法、结构性质以及应用进行了简要概述，类似于石墨烯的层状结构、高导电性等特性促使了其在柔性电子、储能等前沿领域的广泛应用。     

氟化石墨烯的制备研究进展

新型碳材料氟化石墨烯以独特的物理、化学性能受到广泛关注,在众多领域具有广阔的应用前景。综述了氟化石墨烯的制备方法,主要介绍以氟化石墨为原料的物理剥离法、使用不同溶剂作为插层剂的化学制备方法,以及以氧化石墨烯、石墨烯作为原料的制备方法,总结了各种制备方法的优缺点,并对未来氟化石墨烯的发展前景进行了展望。     

直流电弧等离子体法制备纳米材料的研究进展

纳米材料由于具有特殊的光学、力学、磁学、电学、超导、催化等特性而被广泛应用于电子、机械装置、药物传输、催化剂等众多领域。直流电弧等离子体法是一种制备高纯度纳米材料的有效手段,通过在两电极之间的电弧放电产生高温,使反应室中的气体变为等离子体态,原材料蒸发分解成气态原子,过饱和的蒸汽流动到反应室中温度较低的部位,并重新成核生长成所需的纳米粒子。使用直流电弧等离子体法制备纳米材料具有操作简单、成本低、合成速度快、产物纯度高、环境友好等优点。在电弧法制备纳米材料的过程中,改变相关实验参数,会对产物的粒径、形貌等特性产生影响;特别是在制备碳纳米材料时,改变实验条件还会得到如碳纳米管、石墨烯、碳纳米角等不同形貌的碳纳米材料。因此,需要从纳米颗粒的生长机理入手,找到不同纳米材料的最佳合成条件,实现其可控制备。如今,电弧法制备纳米材料的研究重点已由单纯的制备方法研究发展到深入分析其机理与探究可控合成的工艺条件,从而实现粒径可控、颗粒分布均匀纳米材料的规模化制备。此外,电弧法相比其他方法具有独特的优点,探索用电弧法制备新型纳米材料也是目前研究的焦点。近年来,使用电弧法制备纳米材料取得了众多成果。在碳纳米材料领域,不但实现了富勒烯、碳纳米管的制备,而且实现了高品质单层石墨烯和碳纳米角的制备。在金属纳米材料领域,制备出了高品质的纳米银粉和镍粉等。此外,难熔金属由于熔点高,使用其他方法难以制备出相关种类的纳米材料。而电弧区温度可以达到104K,使用电弧法可制备出Mo、Cr、V、W等多种难熔金属的纳米材料。在陶瓷纳米材料领域,成功制备了SiC、TiC等高性能陶瓷纳米材料。实现电弧法可控制备纳米材料需要对纳米颗粒的形成及生长机理进行深入探究,相关工作也在不断推进。最近,研究者们使用数值模拟等辅助手段来模拟电弧过程,可以得到电弧区的温度、压力、速度分布情况,模拟的实验结果对解释纳米材料的生长机理起到非常重要的作用。本文主要介绍了使用直流电弧等离子体法制备碳纳米材料、金属纳米材料及陶瓷纳米材料的研究进展,并对纳米粒子的形成机理做了深入分析;阐述了电弧等离子法制备纳米材料存在的问题,并提出了相应的解决策略;最后,对电弧法制备纳米材料向着大规模、低成本可控制备的发展进行了展望。     

金属催化非晶碳转化制备石墨烯方法的研究进展

石墨烯自2004年被首次发现以来, 以其独特、优异的结构和特性引起了广泛关注。目前, 石墨烯的制备已取得了众多进展, 但在大尺寸、高质量、宏量石墨烯可控制备上仍存在挑战, 对制备技术仍需要进行更广泛地探索。非晶碳与石墨烯互为碳的同素异形体, 也可作为制备石墨烯的前驱体, 近些年利用非晶碳制备石墨烯的新颖方法引起了研究学者的兴趣。本文系统论述了利用非晶碳作为固体碳源, 通过金属催化制备大尺寸高质量石墨烯的技术优势, 并着重从金属种类、退火温度、碳源及金属含量比例等方面对石墨烯生成质量的影响进行了阐述。最后, 总结了该方法生长石墨烯的机理, 并对未来的发展方向进行了展望。     

石墨烯的研究进展

石墨烯是碳的又一同素异形体,具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能,成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。全面综述了近几年来石墨烯的制备方法,详细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电弧法、化学气相沉积法的优缺点,并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题,提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。还结合石墨烯的结构和特性,概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展,并展望了其主要研究方向和发展趋势。     

A study of the synthetic methods and properties of graphenes

Abstract

Graphenes with varying number of layers can be synthesized by using different strategies. Thus, single-layer graphene is prepared by micromechanical cleavage, reduction of single-layer graphene oxide, chemical vapor deposition and other methods. Few-layer graphenes are synthesized by conversion of nanodiamond, arc discharge of graphite and other methods. In this article, we briefly overview the various synthetic methods and the surface, magnetic and electrical properties of the produced graphenes. Few-layer graphenes exhibit ferromagnetic features along with antiferromagnetic properties, independent of the method of preparation. Aside from the data on electrical conductivity of graphenes and graphene-polymer composites, we also present the field-effect transistor characteristics of graphenes. Only single-layer reduced graphene oxide exhibits ambipolar properties. The interaction of electron donor and acceptor molecules with few-layer graphene samples is examined in detail.     

石墨烯的制备方法及其应用特性

近3年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能,在化学、物理和材料学界引起了轰动。引用大量最新的参考文献,介绍了石墨烯的研究现状,通过评述石墨烯的合成、功能化以及近期应用概况,展望了石墨烯的发展前景和研究方向,认为借鉴各种方法的优势,综合运用,可以制备单层、结构完整和高电导率的石墨烯,并进一步将其功能化,拓展其应用领域并已取得较大的进展,这一途径被认为是石墨烯规模化应用的战略起点。     

纳米SiO2的制备、改性和应用

综述了纳米SiO2的制备技术,包括气相法、电弧法、沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法等.从物理改性和化学改性2个方面介绍了纳米SiO2的表面改性技术及其改性机理.全面概述了纳米SiO2在各个领域的应用情况,并对其发展前景进行了展望.     

三维石墨烯纳米球的制备及其在锂离子电池中的应用

采用直流电弧放电法制备出一种三维石墨烯纳米球材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线衍射光谱(XRD)等测试方法对三维石墨烯纳米球的形貌和结构进行了表征和研究。通过交流阻抗(EIS)、恒流充放电和循环稳定性测试等电化学测试手段来研究三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明, 在电流密度为0.05 A/g下, 三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的首次放电容量为485.9 mAh/g, 高于炭黑作负极的放电容量(401 mAh/g); 当电流密度为1 A/g时, 三维石墨烯纳米球负极材料仍然具有185.4 mAh/g的放电容量。在电流密度分别为0.5 A/g和2.5 A/g下, 充放电循环100次以后, 三维石墨烯纳米球的比容量几乎没有衰减, 这表明三维石墨烯纳米球作为锂离子电池的负极材料比炭黑具有更大的容量, 同时具有优异的循环稳定性。     

掺氮石墨烯的制备及其ORR催化性能的研究

由于掺氮石墨烯具有优异的电化学性能,受到研究者的关注,然而在石墨烯掺氮的方法中大部分（热解法、烧结法）需要过高的温度（500-900℃）和较长的反应时间（2-3 h）[1-3]。采用微波等离子体对氧化石墨进行还原改性制备掺氮石墨烯,在低功率条件下反应时间只需20 min就得到了催化活性良好的掺氮石墨烯。掺氮石墨烯的表征技术主要包括Raman和TEM,并使用电化学工作站对掺氮石墨烯进行ORR催化性能评估。     

Products on electrodes in an argon-methane magnetically rotating arc at atmospheric pressure

The arc discharge method in a hydrocarbon atmosphere has a promising application in the nanocarbon synthesis field due to its high yield. In this paper, products on electrodes in an argon-methane magnetically rotating arc at atmospheric pressure are investigated. Different nanocarbons are obtained on the cathode and anode surfaces, respectively. Material analysis indicates that the products on the cathode are mainly carbon tubes. Some carbon tubes are well-aligned in one direction, and the others have a coil-like structure. The products on the anode are a mixture of graphene nano-flakes and aggregate hollow carbon particles. The hollow carbon particles exhibit a chain-like structure with internal space to be connected. To the authors’ knowledge, this is possibly the first time that aggregate hollow carbon particles with a chain-like structure have been observed in the absence of any catalyst. Based on the configuration of arc plasma, the formation mechanism of electrode products is briefly proposed.     

Synthesis method of nanomaterials by pulsed plasma in liquid

A new synthesis method of nanomaterials using pulsed plasma in liquid by the low voltage spark discharge is presented. The fullerene C60 and TiO nanopowder were for the first time synthesized by electric discharge method in liquid. The purity of C60 was >99%, which is much higher than those by the conventional arc plasma in inert gas methods (less than 80% C60 and 20% C70 and other fullerenes). Copper nanoparticles prepared by this method were smaller than those by arc method by a factor of >5. The pulsed plasma in liquid enables us to quench from plasma state, by which we can synthesize nanomaterials, metastable materials, etc. In addition, the applied power is 100 times smaller than those of arc discharge.     

化学气相沉积制备大面积高质量石墨烯的研究进展

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积形成的一种碳质新材料,具有优良的电学、光学、热学及力学等性质。在众多的石墨烯制备方法中,化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)最有可能实现大面积、高质量石墨烯的可控制备。综述了CVD方法制备大面积、高质量石墨烯的影响因素,包括衬底、碳源及生长条件(气体流量、生长温度、等离子体功率、生长压强、沉积时间、冷却速率等)。最后展望了CVD方法制备石墨烯的发展方向。