摘 要

本项目针对钢铁接地网材料容易被腐蚀的问题，利用石墨烯材料良好的导电导热性能以及耐腐蚀性能，通过化学气相沉积的方法在钢材表面沉积石墨烯以提高其防腐蚀性能。

本项目针对CVD法制备石墨烯薄膜技术，通过对实验过程中的各个参数，包括气体流量及比例，退火温度，生长温度的改变与得到的材料性能之间的对比，探索出铜箔上生长石墨烯的最佳方案；其次，我们分别对铜箔，镀铜铁片和钢片进行了接触角和泡酸失重实验。最后，对所制备的沉积材料进行扫描电镜拍摄、X射线衍射及疏水性和耐腐蚀性测试发现在沉积过程中。由于镀铜表面不光滑平整、冷却气体流速不均、气密性差等原因，没有生成石墨烯，而产生碳的结晶。但是镀铜表面生成的一层碳结晶对酸的耐腐蚀性有一定的增加。

关键词：接地网；石墨烯；化学气相沉积；钢材

Abstract

In this project, we focused on the steel grounding mesh material susceptible to corrosion problems, the use of graphene material good thermal conductivity properties and corrosion resistance, chemical vapor deposition method on the surface of the steel deposited graphene to improve its corrosion resistance.

In this project, prepared by CVD graphene film technology, through the experimental process in all parameters, including gas flow rate and contrast ratio, the annealing temperature, changing the growth temperature and material properties obtained between the copper foil to explore the best method to the growth of graphene; secondly, we were the copper foil, copper sheet iron and steel made contact angle and foam acid weightlessness experiments. Finally, the deposition material prepared for scanning electron microscopy shoot, X-ray diffraction and hydrophobic and corrosion tests found during the deposition process. Since the copper surface is not smooth, uneven cooling gas flow rate, air tightness and poor reasons, does not generate graphene, to produce carbon crystals. But the copper layer of carbon formed on the surface of the crystalline acid corrosion resistance of a certain increase.

Key Words：Grounding grid; graphene; chemical vapor deposition; steel

目录

摘要 I

Abstract II

目录 I

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2石墨烯简介及制备方法 1

1.2.1 化学气相沉积生长法 1

1.3 CVD法制备石墨烯在国内外的应用及发展 2

1.4 CVD法制备石墨烯的原理及生长模型 4

1.5 石墨烯制备方案及技术路线的确定 5

第2章 CVD法制备石墨烯实验过程 7

2.1 实验仪器搭接及准备工作 7

2.1.1 气体搭接准备 7

2.2 CVD法制备镀铜石墨烯实验流程 8

2.2.1 实验原料 8

2.2.2 实验仪器及设备 8

2.2.3 实验准备 8

2.2.4 CVD法制备石墨烯操作流程 9

第3章 材料性能表征测试 10

3.1 材料接触角及泡酸失重测试 10

3.1.1 材料接触角测试 10

3.1.1 材料泡酸失重测试 11

3.2沉积工艺变化与材料性能的关系 11

3.2.1 退火温度与材料性能之间的关系 11

3.2.2 气体通入量及比例与材料性能之间的关系 13

3.2.3 生长时氢气通入量与材料性能之间的关系 13

3.2.4 生长时间与材料性能之间的关系 14

3.2.5 总结 14

3.3 材料扫描电子显微镜测试结果 15

3.3.1 扫描电子显微镜介绍 15

3.3.2 石墨烯的扫描电镜成像图 15

3.4 材料XRD测试结果 17

3.4.1 X射线衍射仪介绍 17

3.4.2 石墨烯的X射线衍射图 17

第4章 结论与展望 19

4.1结论 19

4.2展望 19

参考文献 20

致谢 21

绪论

1.1概述

接地网，主要用处是保证电路运行安全，防止雷击对电网造成危险，主要分为工作接地、保护接地、屏蔽接地和防雷接地四种类型。

因为所探明的铜储量不足，我国的接地网材料大量选用钢材和铝材，而国际上将铜材用作接地网材料已有超过100年的时间^[1]。现在，我国大部分区域的变电站依旧使用钢材或者铝材作为接地网材料。由于镀锌钢接地材料在腐蚀性问题上无法得到解决，国家每年需要投入大量人力和物力去改造并维护镀锌钢接地材料，因此越来越多的负责电力维修的人员部门认识到之前的材料必须加以更新，采取更加有效的防腐措施。目前，由于铜材不再是烯缺材料，国家的储备丰富，材料价格便宜，各地区已逐步开始选用电化学性能好、化学稳定性强的铜材作为接地网材料。如今新建的变电站已经逐步开始将铜作为接地网材料。许多研究小组对铜材料和钢材料作为接地网进行了对比，但目前对铜材料（主要是镀铜钢材）和钢材料哪种性能更好还没有确切结论。所以，我们在钢片上镀铜，并在镀铜表面沉积石墨烯，优化接地网的耐腐蚀性能。

1.2石墨烯简介及制备方法

自从富勒烯^[2]和碳纳米管^[3]被发现以来，碳纳米材料的研究工作逐步成为国内外纳米材料方面研究的重点。但石墨烯由于其热力学上的不稳定性而难以独立存在，实验人员通过各种方法都无法制备出高质量和高纯度的样品。但是，石墨烯由于其具有独特的二维结构特征、极佳的晶体结构等，为研究相对论量子力学现象提供了实验基础。同时，石墨烯具有优异的电化学、光学、热学、力学等特性，运用前景非常大，使得人们对石墨烯研究的研究掀起了一阵热潮^[5]。

目前制备石墨烯的主要方法有以下四种：机械剥离法，SiC高温分解法，化学气相沉积生长法，氧化石墨烯还原法。下面我们着重对化学气相沉积法制备石墨烯进行简单概述：

1.2.1 化学气相沉积生长法

对比以上的其他方法，化学气相沉积法（CVD法）在制备结构单一、大面积大规模的石墨烯方面有很多优势。其原理是将可以作为碳源的有机气体如CH₄、C₂H₂等在高温低压条件下裂解并使碳原子沉积到金属基底上生长得到大面积石墨烯。具体实验过程是将基底与其催化剂一同放入高温真空反应炉中，使温度达到900-1200℃，向反应炉中通入碳源气体并发生裂解得到石墨烯。该方法的优点是能得到高质量高纯度、大面积且晶体结构连续的石墨烯材料，但目前存在的问题是基底与石墨烯结构无法得到有效分离同时难以避免污染。

1.3 CVD法制备石墨烯在国内外的应用及发展

在20世纪70年代就有利用CVD法制备出石墨烯材料的报道^[6]，将金属镍作为生长基底，但由于制备出的石墨烯只能采用表面科学的方法进行性能表征，无法得知其结构的连续性的。随后，研究人员采用相似的制备方法将金属钴、铂、铷等作为基底材料在高温低压和超高真空的条件下成功制得结构完整的石墨烯材料。