石墨烯表面生长纳米碳管及其增强的炭/炭复合材料

本项目通过在氧化插层剂中添加过渡金属盐，得到含有Fe、Co或Ni纳米粒子的氧化石墨层间化合物，然后利用热膨胀工艺来制备石墨烯，接着通过化学气相沉积工艺在石墨烯表面生长纳米碳管，并将该种石墨烯絮状物模压成多孔性预成型体，然后以乙醇为碳源采用化学液气相沉积工艺来制备炭/炭复合材料。通过研究石墨的氧化插层机理，石墨层间化合物的热膨胀机制，认识石墨烯形成过程中的影响因素以及过渡金属粒子在其表面负载机理。通过研究石墨烯活性边缘对于在其表面生长纳米碳管的影响机理，调控化学气相沉积工艺参数，达到纳米碳管在石墨烯表面均匀弥散分布的目的。通过在微观层面上从分子水平研究生物燃料乙醇在石墨烯多孔预制体内的热解沉积机理，认识不同织构热解炭的形成机制。从宏观上调控裂解沉积区域的温度、前驱体的浓度，探索工艺参数与材料织构间的本构关系，最终根据材料的使用要求来设计制备表面生长有纳米碳管的石墨烯增强的新型炭/炭复合材料。

本项目采用了五种不同的工艺制备了石墨烯，并研究了不同工艺的机理。研究利用氧化石墨化学还原法制备了石墨烯，分别研究了葡萄糖、水合肼、硼氢化钠、维生素C、乙二醇等作为还原剂还原氧化石墨烯制备石墨烯的工艺过程；研究了热膨胀工艺制备石墨烯，提出了低压高温膨胀—热还原工艺；利用石灰石和金属镁的煅烧工艺成功地制备了石墨烯；还研究了电解熔融的碳酸钙制备石墨烯，通过空化射流液相剥离法制备了石墨烯；研究了在石墨插层剂中添加过渡金属盐，和在氧化石墨烯溶胶中添加过渡金属盐，成功地制备负载Fe、Co或Ni纳米粒子的石墨烯；在高压液相中脱除溶剂，石墨烯纳米片自组装成有序薄膜，即得到高导热性能的石墨烯薄膜。将过渡金属盐溶液和氧化石墨烯溶液混合，将混合溶液真空冷冻干燥，得到含有Fe、Co或Ni纳米粒子的氧化石墨烯粉末，然后利用真空热还原工艺来制备石墨烯，接着通过化学气相沉积工艺在石墨烯表面和边缘生长纳米碳管，纳米碳管将孤立的石墨烯片层结构有效地联接起来，组成空间互联网络结构，从而构建了电子、热能和载荷有效传输的通道，研究发现样品的电导率随着纳米碳管在石墨烯表面和边缘生长的分布浓度的增加而增大；深入研究了化学气相沉积工艺技术原理，并制备了的板状材料，杆型材料，实心圆柱体材料，管状材料，环形材料、方筒状材料等制件。