實驗名稱：石墨烯制備

　　研究方向：目前(qian)，許多各(ge)種各(ge)樣(yang)的傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)已(yi)(yi)經被(bei)用于智能(neng)化檢測設(she)備，這些(xie)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)多數基于硅(gui)襯(chen)底，例如(ru)硅(gui)基壓力傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，硅(gui)基溫度傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，硅(gui)基濕度傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)和(he)(he)硅(gui)基熱(re)風速(su)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)等(deng)。其(qi)應(ying)用領(ling)域(yu)早已(yi)(yi)涉及到諸(zhu)如(ru)生產自動化、海洋開發(fa)、智能(neng)家(jia)居、現(xian)代(dai)信息、軍事通訊(xun)等(deng)方方面(mian)面(mian)。傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)在(zai)某(mou)種程度上可(ke)以說(shuo)是決定一(yi)個(ge)系統特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)指標的關(guan)鍵因(yin)素(su)。不同的需(xu)求，也(ye)對(dui)(dui)應(ying)不同的傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)來(lai)滿(man)足其(qi)要求的精度，穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)耐久(jiu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。如(ru)今，對(dui)(dui)于基于硅(gui)襯(chen)底的應(ying)變傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的研究遭(zao)遇瓶頸，這是由于傳(chuan)統硅(gui)基電(dian)子器(qi)(qi)件的剛(gang)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、脆性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、易碎等(deng)缺(que)點造成(cheng)的。而(er)目前(qian)在(zai)多種場合(he)，需(xu)要傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)具有(you)柔(rou)(rou)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)拉(la)伸性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)等(deng)特點，所以利用新(xin)物(wu)(wu)(wu)質新(xin)材(cai)料(liao)(liao)來(lai)制備高(gao)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)應(ying)變傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的探(tan)索已(yi)(yi)經亟不可(ke)待。然(ran)而(er)，要使(shi)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、電(dian)極材(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)連接(jie)導(dao)(dao)線(xian)，具有(you)柔(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、彎曲和(he)(he)可(ke)拉(la)伸的特點，找到自身具備這種特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的材(cai)料(liao)(liao)是解決這一(yi)問(wen)題(ti)的關(guan)鍵因(yin)素(su)。近幾十年來(lai)，由于碳(tan)(tan)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)具有(you)優良(liang)的電(dian)學(xue)和(he)(he)機(ji)械性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)被(bei)廣泛關(guan)注(zhu)。尤其(qi)是對(dui)(dui)于高(gao)電(dian)導(dao)(dao)率和(he)(he)較好生物(wu)(wu)(wu)相容(rong)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的有(you)機(ji)半導(dao)(dao)體(ti)、導(dao)(dao)電(dian)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)、碳(tan)(tan)納(na)米(mi)管(guan)、石墨烯等(deng)的研究更深入。這些(xie)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)具有(you)優異的物(wu)(wu)(wu)理和(he)(he)化學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，其(qi)已(yi)(yi)成(cheng)為制造高(gao)效(xiao)柔(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的替代(dai)材(cai)料(liao)(liao)。

　　柔(rou)性(xing)(xing)傳感(gan)器(qi)被各個研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)的(de)(de)科研(yan)學者關注，實現(xian)的(de)(de)傳感(gan)器(qi)種(zhong)類層(ceng)出不(bu)窮(qiong)，其作用域(yu)也越來越多，如圖，其中主要包括可穿戴(dai)電子(zi)設備，人(ren)體運動感(gan)知，人(ren)機交(jiao)互，身(shen)體健康監控，電子(zi)皮膚(fu)，柔(rou)性(xing)(xing)仿生電子(zi)器(qi)件等，在(zai)各個領(ling)域(yu)表現(xian)出了良好的(de)(de)性(xing)(xing)能，很好的(de)(de)完成所需(xu)要的(de)(de)每一項指標。目前，柔(rou)性(xing)(xing)傳感(gan)器(qi)已經(jing)成為智能傳感(gan)器(qi)的(de)(de)一個研(yan)究(jiu)核(he)心和發(fa)展(zhan)趨勢。

　　實驗目的：石墨烯電化學制備

　　測試設備：信號發生器、ATA-2021B高壓放大器、示(shi)波器、透射電子顯微鏡(jing)(TEM)等(deng)。

　　實驗過程：用銅導線(xian)一(yi)端連接(jie)(jie)陰、陽(yang)極(ji)(ji)電(dian)(dian)極(ji)(ji)材料。然后(hou)把電(dian)(dian)極(ji)(ji)放(fang)(fang)入(ru)上述配置(zhi)(zhi)的(de)溶(rong)(rong)液中，銅導線(xian)的(de)另(ling)一(yi)端分(fen)別與(yu)直流穩壓(ya)(ya)電(dian)(dian)源(yuan)的(de)正、負極(ji)(ji)連接(jie)(jie)。在信(xin)號(hao)(hao)發生(sheng)器(qi)(qi)中設置(zhi)(zhi)峰值1.6V的(de)方波，將(jiang)信(xin)號(hao)(hao)發生(sheng)器(qi)(qi)與(yu)高壓(ya)(ya)放(fang)(fang)大器(qi)(qi)連接(jie)(jie)起來，放(fang)(fang)大倍數(shu)大約為(wei)×16，即可(ke)得到±15V的(de)方波，同時可(ke)用示(shi)波器(qi)(qi)觀(guan)察高壓(ya)(ya)放(fang)(fang)大器(qi)(qi)輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)，并(bing)控制(zhi)溫度(du)為(wei)25℃，接(jie)(jie)通(tong)電(dian)(dian)源(yuan)，將(jiang)功放(fang)(fang)信(xin)號(hao)(hao)與(yu)電(dian)(dian)極(ji)(ji)連接(jie)(jie)，兩個(ge)電(dian)(dian)極(ji)(ji)分(fen)別為(wei)石墨(mo)片(pian)和Pt。清洗(xi)石墨(mo)烯溶(rong)(rong)液，電(dian)(dian)化(hua)學還(huan)原反應的(de)時間(jian)為(wei)10min，等待石墨(mo)剝離(li)后(hou)，通(tong)過(guo)離(li)心的(de)方式對生(sheng)成的(de)石墨(mo)烯溶(rong)(rong)液進(jin)行清洗(xi)（溶(rong)(rong)液呈強堿性(xing)），利(li)用去(qu)離(li)子水不斷清洗(xi)。其(qi)實驗流程(cheng)框(kuang)圖(tu)如(ru)圖(tu)1-1。

　　圖1-1實驗流程框(kuang)圖

　　實驗結果：在傳統電(dian)化(hua)(hua)學制(zhi)備(bei)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)基(ji)礎上(shang)，以(yi)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)片做陽(yang)(yang)(yang)極(ji)，Pt做陰(yin)極(ji)，濃硫酸和(he)氫氧(yang)化(hua)(hua)鉀作(zuo)(zuo)為(wei)電(dian)解(jie)液的(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)氧(yang)化(hua)(hua)剝(bo)離(li)法。陽(yang)(yang)(yang)極(ji)氧(yang)化(hua)(hua)剝(bo)離(li)制(zhi)備(bei)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)就是(shi)將石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)作(zuo)(zuo)為(wei)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)，電(dian)源(yuan)在工作(zuo)(zuo)時，電(dian)解(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)陰(yin)離(li)子向(xiang)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)移動(dong)，進(jin)(jin)而進(jin)(jin)入(ru)(ru)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)導致石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)被插層(ceng)而體(ti)積膨脹，當陽(yang)(yang)(yang)極(ji)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)的(de)體(ti)積增(zeng)加到一(yi)定程(cheng)度時，就會(hui)由于層(ceng)間范德華(hua)作(zuo)(zuo)用力的(de)減小(xiao)而最(zui)終從塊體(ti)上(shang)脫落下來，形成(cheng)層(ceng)狀具有一(yi)定含氧(yang)官能(neng)團的(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)或氧(yang)化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)（包括(kuo)單層(ceng)和(he)2~10層(ceng)的(de)少層(ceng)氧(yang)化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)）。在電(dian)解(jie)過程(cheng)中(zhong)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)的(de)水，部分分解(jie)生成(cheng)氧(yang)氣，氧(yang)氣也(ye)進(jin)(jin)入(ru)(ru)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)層(ceng)間中(zhong)，二者共(gong)同(tong)作(zuo)(zuo)用導致石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)體(ti)積劇烈(lie)膨脹最(zui)終從表面脫落。該方法簡便無污(wu)染，得到的(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)質(zhi)量較高。利用透射電(dian)子顯(xian)微鏡和(he)掃描電(dian)子顯(xian)微鏡對制(zhi)備(bei)的(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)分散液進(jin)(jin)行表征(zheng)，可(ke)以(yi)觀察出石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)(xi)納(na)米結構以(yi)及形貌。

　　圖(tu)(tu)1-2（b）-（d）為石(shi)墨(mo)烯分散液在不同比例尺下的TEM表征(zheng)圖(tu)(tu)，該圖(tu)(tu)能(neng)夠看出(chu)電化學剝離出(chu)的石(shi)墨(mo)烯納米(mi)結構特征(zheng)。在圖(tu)(tu)1-2（b）中選(xuan)取衍射邊界區(qu)域，經過放(fang)大在圖(tu)(tu)1-2（c）中我們可以看出(chu)石(shi)墨(mo)烯的層(ceng)數在6-8層(ceng)，所以這個石(shi)墨(mo)烯樣品為少數層(ceng)石(shi)墨(mo)烯（少于10層(ceng)），圖(tu)(tu)1-2（d）為高分辨圖(tu)(tu)可以看出(chu)六邊形晶(jing)格結構，呈(cheng)現蜂窩(wo)狀，證(zheng)明用這種(zhong)方法(fa)制(zhi)備的石(shi)墨(mo)烯材料結構性(xing)能(neng)非常好。

　　圖1-2石(shi)墨(mo)烯(xi)分散(san)液(ye)(ye)實(shi)物(wu)圖以(yi)及石(shi)墨(mo)烯(xi)分散(san)液(ye)(ye)在不(bu)同(tong)比例尺(chi)下的TEM表(biao)征圖。（a）石(shi)墨(mo)烯(xi)分散(san)液(ye)(ye)實(shi)物(wu)圖；（b）衍射邊(bian)(bian)界區域(yu)；（c）b圖的放大；（d）為石(shi)墨(mo)烯(xi)六(liu)邊(bian)(bian)形晶(jing)格結

　　電壓放大器推薦：ATA-2021B

　　圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數

　　本資料由Aigtek安泰電子整理(li)發布，更多(duo)案(an)例及產品(pin)詳(xiang)情請持續關(guan)注(zhu)我們(men)。西安安泰電子Aigtek已經成為在(zai)業(ye)界擁(yong)有廣泛產品(pin)線(xian)，且具有相當規模的(de)儀器(qi)設備供(gong)應商(shang)，樣機都支持免費試用(yong)。如(ru)想了(le)解更多(duo)功率放(fang)大器(qi)等產品(pin)，請持續關(guan)注(zhu)安泰電子官網hkdyw.cn或(huo)撥(bo)打029-88865020。