Высокорасщепленный графит, графен, их производные и родственные слоистые материалы

• Автор: Грайфер, Екатерина Дмитриевна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ПРИНЯТЫХ В РУКОПИСИ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Слоистые углеродные материалы как предшественники в получении однослойных и малослойных графенов
1.1.1. Прямой перевод графита в графеновые дисперсии
1.1.2. Интеркалированные соединения графита
1.1.3. Оксид графита
1.1.4. Фториды графита
1.1.5. Расширенный графит
1.1.6. Пленки на основе графена
1.2. Химически модифицированные графеновые материалы
1.2.1. Модификация графена азотом и бором
1.2.2. Гидрированный графен - графан
1.2.3. Фторированный графен
1.2.4. Графен с органическими функциональными группами
1.2.5. Композиты с графеновыми материалами
1.3. Родственные слоистые материалы
1.3.1. Нанолисты гексагонального нитрида бора
1.3.2. Нанолисты слоистых дихалькогенидов
1.4. Заключение
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исходные реагенты и материалы, оборудование и методы исследования

2.2. Методики экспериментов

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Высокорасщепленные графиты
3.1.1. Синтез и сравнение свойств высокорасщепленных графитов из С2Р хЯ с различными Я
3.1.2. Исследование поглощающих свойств высокорасщепленных графитов
3.1.3. Дисперсии высокорасщепленных графитов, получаемые методом нековалентной функционализации
3.2. Химическая модификация высокорасщепленного графита
3.2.1. Модификация высокорасщепленного графита азотом
3.2.2. Модификация высокорасщепленного графита кислородом
3.3. Пленочные материалы на основе графсиа
3.4. Высокорасщепленный фторид графита состава С2Е
3.4.1. Синтез и свойства высокорасщепленного фторида графита (С2Р)П.
3.4.2. Дисперсии высокорасщепленного фторида графита (С2Р)П
3.5. Родственные слоистые материалы
3.5.1. Нанолисты гексагонального нитрида бора /г-ВИ
3.5.2. Нанолисты слоистых дихалькогенидов
3.6. Композиты на основе высокорасщепленных графитов
3.6.1. Композиты с родственными материалами
3.6.2. Композиты с металлами
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В последние годы исследования углеродных наноматериалов, и, в частности, материалов на основе графена, единичного графитового слоя, стали одним из самых активно развивающихся научных направлений в материаловедении. Более того, появился повышенный интерес и к другим слоистым неорганическим матрицам - гексагональному нитриду бора и дихалькогенидам переходных металлов. Было показано, что, как и графит, родственные ему слоистые материалы (А-ВЫ, МоБ2 и др.) могут быть расщеплены вплоть до однослойных структур. Опубликованы многочисленные работы, посвященные изучению возможностей применения материалов на основе графена и его аналогов в полевых транзисторах нового поколения, прозрачных электродах жидкокристаллических дисплеев и солнечных батарей, композитных материалах с полимерами и металлами, биоэлектронике, сенсорах и т.д. Интерес представляют не только «истинные» однослойные структуры, но также и малослойные образцы (до 10 слоев). Предложенные методы синтеза графеновых материалов включают отщепление скотчем от объемного материала (графита), выращивание на подложке, органический синтез из молекулярных предшественников. Одним из наиболее перспективных подходов к получению подобных малослойных материалов является химическое расщепление соединений, в составе которых есть слои графена - природного и расширенного графита (РГ), оксида графита, интеркалированных соединений графита, или объемных А-ВЫ или МоБ2.
Активно ведется поиск способов химической модификации графена различными атомами и функциональными группами с целью получения новых материалов и контроля над их электронными свойствами и реакционной способностью графеновой поверхности. В частности, представляет интерес получение ковалентно модифицированных производных графена, таких как гидрид и фторид, присоединение к его поверхности функциональных групп (например, О-и ТМ-содержащих), а также внедрение в графеновую решетку различных гетероатомов (БГ, В, Б1 и т.д.). Кроме того, интересные результаты ожидаются при нанесении металлов и их соединений на графеновую поверхность с образованием композитов.

Пленка ОГ

Для образования пленок из дисперсий применяются различные методы, такие как нанесение капель (drop-casting), нанесение
погружением (dip-coating),
напыление (spraying), нанесение при вращении (spin-coating),
электрофорез, осаждение по методу Ленгмюра-Блоджетт, фильтрование под вакуумом [32]. От метода получения во многом зависят однородность, морфология
поверхности и толщина пленки.
Методы «drop-casting», «dip-coating»
и «spraying» часто приводят к неоднородному осаждению в связи с агрегацией
частиц и не позволяют эффективно Рис. 8. Схема, иллюстрирующая процессы
получения пленок на основе восстановленного контролировать толщину пленок. Qp р2]
Чтобы получить протяженные
однородные пленки через процессы «spin-coating», используют дисперсии относительно высокой концентрации (в случае оксида графита 0,5 - 3 мг/мл). Быстрое испарение растворителя во время «spin-coating» особо важно, чтобы обеспечить более интенсивное взаимодействие осаждающихся частиц между собой и с поверхностью подложки. «Spin coating» обычно позволяет получать пленки, характеризующиеся минимальной складчатостью, при этом их толщина зависит от концентрации дисперсии и количества циклов spin-coating. Метод Ленгмюра-Блоджетт позволяет формировать высококачественные монослойные и мультислойные плотноупакованные графеновые пленки. Для этого на поверхность воды осторожно наносят некоторое количество дисперсии графенового материала в легколетучем растворителе. После его испарения графеновые листы образуют на поверхности воды пленку, которая далее может быть помещена на подложку. Метод вакуумного фильтрования часто применяется для получения тонких пленок и бумагоподобных