文章编号:1001-9731(2018)09-09156-04
石墨烯疏水性能研究?
洪跃1,李多生1,叶寅1,Qin g hua Qin2,邹伟1,林奎鑫1
(1.南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌330063;
2.Research School of En g ineerin g,Australian National Universit y,Acton ACT2601,Australia)摘要:通过化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底表面生长石墨烯,探究生长时间对石墨烯疏水性能和微结构的影响三利用接触角测量仪二傅里叶红外光谱仪二拉曼光谱仪二场发射扫描电镜研究石墨烯的疏水性能和微结构三发现生长时间是30min时,石墨烯的接触角最大,为129.96?,表现出疏水性,红外测试表明只有C C,拉曼分析发现在10~30min的生长时间下,石墨烯都出现了3个特征峰三较大的接触角使石墨烯有望作为疏水材料,甚至可以通过对其疏水改性让它在超疏水领域存在潜在应用三
关键词:石墨烯;疏水性;接触角;半高宽
中图分类号: O647文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.029
0 引言
1966年,Mermin和Wa g ner提出的Mermin-Wa g ner理论,指出二维晶体材料不能稳定存在[1],导致二维碳材料的研究一直处于空白阶段三2004年,英国曼彻斯特大学Novoselov和Geim等[2]用机械剥离的方法制备石墨烯,打破了二维晶体材料在常温中无法稳定存在的预言三石墨烯具有优良的导电性二机械性能二电化学性能和催化性能,在电容材料二电极材料二催化剂二生物传感器和润滑添加剂等方面具有很高的应用价值[3-6]三但是到目前为止,人们的研究主要集中在石墨烯的光学二电学性质,对其表面性质研究较少三根据Wenzel[7]和Cassie[8]理论,石墨烯薄膜的表面浸润性质由两个因素决定:薄膜表面粗糙度和表面自由能三Leenaerts等[9]用密度泛函理论计算得出:石墨烯薄膜表面的水分子之间的结合能大于其与石墨烯的吸附能,使得水分子团聚为水滴,石墨烯表现为疏水性三Youn g等[10]制备的外延石墨烯薄膜的接触角为92?, Shin等[11]制备的还原石墨烯薄膜的接触角为127?三当材料的接触角＞150?时,材料表现为超疏水,此时材料可以通过超疏水表面的构建实现表面自清洁效应三因此,石墨烯的疏水性有望在不久的将来用于疏水甚至超疏水材料的领域[12-13]三蓝宝石作为一种窗口材料,在其表面制备出疏水性较高的石墨烯有利于窗口表面的清洁和光的透过,增强了窗口的光学性能三石墨烯在金属衬底[14-15]上的生长相较于绝缘衬底[16-17]上的生长来说更为容易一些,在目前制备石墨烯的众多方法中,化学气相沉积[18](CVD)法是制备石墨烯的一种重要的生长方法三因此本文采用CVD法在蓝宝石衬底上制备石墨烯,研究生长时间对石墨烯接触角和石墨烯生长质量的影响三
1实验
1.1石墨烯的制备
以尺寸为10mm?10mm的蓝宝石(0001)作为生长的衬底材料,然后经丙酮二无水乙醇二去离子水超声清洗20min,待衬底吹干后通过推杆将衬底送入刚玉管中心区域,最后将刚玉反应室抽至真空,检查气密性,开启装置加热程序进行实验,石墨烯CVD生长过程示意图如图1所示三在实验中采用CH4作为碳源气体,H2作为刻蚀气体,Ar作为载气,CH4流量为6mL/min,H2流量为40mL/min,Ar流量为100mL/min,生长温度为1300?,生长压力约为10Torr,生长时间为10~30min,生长完成后,关闭加热程序,待衬底冷却至室温,关闭气体流量三
图1 CVD生长过程示意图
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02018年第9期(49)卷
?基金项目:国家自然科学基金资助项目(51562027,11772145);江苏省精密与微细制造技术重点实验室基金资助项目(JKL2015001)
收到初稿日期:2018-02-27收到修改稿日期:2018-04-26通讯作者:李多生,E-mail:duoshen g.li＠https://www.doczj.com/doc/1d16601044.html, 作者简介:洪跃(1993－),男,安徽安庆人,在读硕士,师承李多生副教授,从事石墨烯材料研究三
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