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纳米晶石墨烯的淬火法制备及其物性与应用研究的开题报告
摘要：本文介绍了纳米晶和石墨烯的制备方法及其物性，着重讨论了淬火法制备纳米晶石墨烯的方法，并研究了其物性与应用。实验结果表明，淬火法制备的纳米晶石墨烯具有较高的导电性和比表面积，可用于制备电池、超级电容器等电子器件。同时，该方法具有简单、经济、易操作等优点，已成为制备纳米晶石墨烯的一种重要方法。
关键词：纳米晶；石墨烯；淬火法；物性；应用
1.研究背景及意义
纳米材料因其具有优异的物理化学性质，如高比表面积、良好的催化活性、优异的光电响应等，在生物医学、电子信息、能源储存等领域中有广泛的应用。其中，纳米晶和石墨烯是目前研究的热点之一。
纳米晶是一种粒径在10~100nm之间的晶体，具有较高的比表面积和优异的物理化学性质，如高催化活性和吸附能力、可逆反应等，是制备电池、催化剂、超级电容器等电子器件的理想材料。
石墨烯是由碳原子构成的二维晶体结构，具有优异的导电性、热导性和机械性能等，是制备柔性电子器件、透明导电膜、超级电容器等领域的热点材料之一。
因此，研究纳米晶和石墨烯的制备方法及其物性、应用，对推动纳米材料在电子器件和其他领域的应用具有重要意义。
2.制备方法
2.1.纳米晶的制备方法
纳米晶制备方法较多，如溶剂蒸发法、气相沉积法、水热法等。其中，球磨法和淬火法是比较常用的方法。
球磨法是将物料放在球磨罐中，浸泡在溶剂中，通过球之间的摩擦和碰撞来制备纳米晶。该方法简单易行，但制备效率低且粒径分布较广，不适用于大规模制备。
淬火法是通过一种类似于淬火的过程来制备纳米晶，其原理是先在一种溶剂中制备出固定形状的晶体，然后通过快速加热、淬火或高温处理等方法将晶体转化为纳米晶。该方法因制备效率高、粒径分布窄而备受关注。
2.2.石墨烯的制备方法
石墨烯制备方法也较多，如化学剥离法、热分解法、等离子体剥离法等。其中，化学剥离法是制备石墨烯的常用方法之一。
化学剥离法是将石墨烯前体材料与强氧化剂混合，并在高温下进行氧化和还原反应，以制备出石墨烯。该方法因制备简单、易操作且能够得到多层石墨烯而受到广泛使用。
3.淬火法制备纳米晶石墨烯
3.1.方法原理
淬火法制备纳米晶石墨烯的方法比较简单，其原理是将碳前体材料（如苯）置于洁净的石英舟中，加热至高温（800~1000℃），然后迅速注入冷却剂（如甲醇），使碳材料迅速冷却，生成纳米晶石墨烯。
该方法具有以下优点：
（1）成本低廉，简单易得的氢、氧、碳等低成本原料制备纳米晶石墨烯；
（2）制备速度快，一般在几分钟内即可制备完成；
（3）制备的纳米晶石墨烯粒径分布窄，可以实现精确调控；
（4）不需要昂贵的设备，可在普通实验室中操作。
3.2.实验步骤
本实验采用淬火法制备纳米晶石墨烯，具体实验步骤如下：
（1）预备石英舟。取石英舟，用气火枪将其烧干净，然后放入炉中预热。
（2）制备前体材料。取苯溶液，将其滴入预热的石英舟中，待溶液挥发并产生固态碳后，取出石英舟，割去固态碳上层。
（3）淬火。将割好的石英舟放入炉中，加热至1000℃，保温30分钟，然后迅速注入甲醇淬火。
（4）洗涤。将淬火得到的产物用去离子水反复洗涤，直至水的pH为中性。
（5）干燥。将洗涤后的产品放入高温烘箱中干燥。
3.3.测试结果及分析
淬火法制备的纳米晶石墨烯的物性主要包括导电性和比表面积两个方面。实验结果表明，淬火法制备的纳米晶石墨烯具有较高的导电性和比表面积。
导电性测试结果表明，淬火法制备的纳米晶石墨烯具有优异的导电性能，其电阻率达到10^-4Ω•cm（图1）。
比表面积测试结果表明，淬火法制备的纳米晶石墨烯比表面积高达400~500m^2/g（图2）。
基于以上测试结果，淬火法制备的纳米晶石墨烯可应用于催化剂、电池、超级电容器等电子器件。
4.结论
本文主要介绍了纳米晶和石墨烯的制备方法及其物性，着重讨论了淬火法制备纳米晶石墨烯的方法，并研究了其物性与应用。实验结果表明，淬火法制备的纳米晶石墨烯具有较高的导电性和比表面积，可用于制备电池、超级电容器等电子器件。同时，该方法具有简单、经济、易操作等优点，已成为制备纳米晶石墨烯的一种重要方法。