實驗名稱：高壓放大器在石墨烯電化學制備中的應用

研究方向：石墨烯

測試設備：ATA-2021H功率放大器、石墨烯電化學制備儀器、信號發生器

圖：石墨烯電化學反應裝置

實驗內容：石墨烯電化學方法在離子液體（ionicliquid，IL）和水的混合液中電解石墨，最后得到了因為IL功能化而分散性更好的石墨烯。一般情況下，用電解法制備石墨烯，主要分為陽極氧化法和陰極還原法。

陽極氧化剝離制備石墨烯就是將石墨作為陽極，電源在工作時，電解質中的陰離子向陽極移動，進而進入陽極石墨導致石墨被插層而體積膨脹，當陽極石墨的體積增加到一定程度時，就會由于層間范德華作用力的減小而最終從塊體上脫落下來，形成層狀具有一定含氧官能團的石墨烯或氧化石墨烯（包括單層和2~10層的少層氧化石墨烯）。在電解過程中陽極的水，部分分解生成氧氣，氧氣也進入石墨層間中，二者共同作用導致石墨體積劇烈膨脹最終從表面脫落。

實驗過程：

采用石墨片做陽極，Pt做陰極，硫酸鉀和氫氧化鉀作為電解液的石墨陽極氧化剝離法。

實驗材料：100ml去離子水；2.4g98%H2SO4；4.7g30%KOH。

具體實驗步驟：

（1）配置溶液。清洗電極和玻璃容器，首先稱取4.7gKOH固體，配置質量分數30%的溶液，經過計算取11ml水，將KOH固體倒入水中并攪拌溶解。之后，稱取2.4g98%H2SO4溶液，和KOH溶液一起倒入100ml去離子水中，溶液配置完成；

（2）電源配置。用銅導線一端連接陰、陽極電極材料。然后把電極放入上述配置的溶液中，銅導線的另一端分別與直流穩壓電源的正、負極連接。在信號發生器中設置峰值1.6V的方波，將信號發生器與功放連接起來，放大倍數大約為×16，即可得到±15V的方波，并控制溫度為25℃，接通電源；

（3）裝置連接。將功放信號與電極連接，兩個電極分別為石墨片和Pt。

（4）清洗石墨烯溶液。電化學還原反應的時間為10min，等待石墨剝離后，通過離心的方式對生成的石墨烯溶液進行清洗（溶液呈強堿性），利用去離子水不斷清洗。

實驗結果：

圖：石墨烯分散液表征圖

石墨烯分散液的表征需要通過電子顯微鏡來進行，上圖為石墨烯分散液在不同比例尺下的TEM表征圖，該圖能夠看出電化學剝離出的石墨烯納米結構特征。在圖（b）中選取衍射邊界區域，經過放大在圖（c）中我們可以看出石墨烯的層數在6-8層，所以這個石墨烯樣品為少數層石墨烯（少于10層），圖（d）為高分辨圖可以看出六邊形晶格結構，呈現蜂窩狀，證明用這種方法制備的石墨烯材料結構性能非常好。

高壓放大器在該實驗中的作用：放大電壓信號

實驗中用到的ATA-2021H功率放大器的參數指標：

圖：ATA-2021H功率放大器的參數指標

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審核編輯 黃昊宇