石墨烯-碳酸鈣復(fù)合材料的制備技術(shù)研究.pdf

1、石墨烯自2004年首次發(fā)現(xiàn)以來，由于具有一系列優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)而在儲能、電子器件、傳感器、催化劑等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。近幾年來，石墨烯基材料引起了科學(xué)家們的極大關(guān)注。石墨烯基材料的制備技術(shù)及應(yīng)用方面的進展，提升了人們對這類新奇的碳基二維納米材料的認識，同時也啟發(fā)著科學(xué)家們對石墨烯提出更加具有挑戰(zhàn)性的課題。
　　 本論文的研究體系為石墨烯/碳酸鈣復(fù)合材料。選擇本課題的依據(jù)主要有兩點：首先，石墨烯基復(fù)合材料作為

2、一類新型復(fù)合材料已成為石墨烯研究領(lǐng)域的一大熱點?？茖W(xué)家們已經(jīng)成功地將不同種類的第二組分與石墨烯復(fù)合，形成了不同結(jié)構(gòu)的石墨烯基復(fù)合材料，并獲得了不同的增強性能。碳酸鈣材料在工業(yè)、醫(yī)學(xué)及傳感領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。碳酸鈣與石墨烯形成復(fù)合材料，或許可以賦予其增強的性能甚至新的性能。然而，迄今為止，石墨烯/碳酸鈣復(fù)合材料的研究較少，屬于石墨烯基復(fù)合材料研究領(lǐng)域中的較空白地帶。因此，研究這一體系不僅具有科學(xué)上的研究價值，而且能夠拓展碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域。

3、第二，碳酸鈣是自然界中存在最為廣泛的一類生物礦物，一直以來，科學(xué)家們試圖模擬并解釋碳酸鈣的生物礦化過程，以開辟新的、綠色溫和的制備技術(shù)指導(dǎo)合成性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。碳酸鈣的體外礦化研究已取得了很大的進展，但仍未實現(xiàn)科學(xué)家們對這一領(lǐng)域的最初設(shè)想。迄今為止，已有大量的研究工作表明，高聚物、表面活性劑、生物大分子和離子均能夠用于有效調(diào)控碳酸鈣的礦化過程，然而，基于石墨烯為模板調(diào)控碳酸鈣礦化的文章甚少。石墨烯調(diào)控碳酸鈣的礦化研究有助于我

4、們從新的角度理解礦化過程并獲得啟發(fā)。
　　 綜上所述，本論文從兩個角度對石墨烯/碳酸鈣復(fù)合體系進行研究。
　　 1.采用綠色、簡單的非原位靜電紐裝技術(shù)合成了石墨烯/碳酸鈣納米粒子復(fù)合材料。研究表明，碳酸鈣納米粒子和氧化石墨烯或還原的氧化石墨烯均能在乙醇和水的混合溶劑中復(fù)合得到石墨烯/碳酸鈣納米粒子復(fù)合材料。碳酸鈣納米粒子的晶型、尺寸和形貌在復(fù)合反應(yīng)后未發(fā)生改變，為方解石相，平均粒徑80nm，粒徑分布窄。石墨烯在復(fù)合過程中

5、未發(fā)生團聚，片層較薄，且具有褶皺。此外，氧化石墨烯或還原的氧化石墨烯在復(fù)合后表面的含氧基團減少，表明在無水乙醇和水的混合溶劑中，氧化石墨烯或部分還原的氧化石墨烯與碳酸鈣復(fù)合的同時能夠發(fā)生一定程度的還原。
　　 2.采用溶劑熱技術(shù)原位制備了石墨烯/碳酸鈣的層狀雜化材料。本實驗開辟了一種碳酸鈣體外礦化的新途徑，即氧化石墨烯調(diào)控碳酸鈣的體外礦化。主要結(jié)論如下：
　　 (1)氧化石墨烯能夠直接和間接的調(diào)控碳酸鈣的礦化過程。在本研