题目：射流空化方法制备二维纳米材料的研究

空化现象最早是作为一种危害被人们认识的，它多发于水泵、船舶、潜艇等机械系统中的旋转叶片附近，当叶片在水中高速转动时，形成的空化泡在高压区溃灭会对叶片表面产生剥蚀作用，即空蚀现象。长期以来，人们致力于如何防治空化带来的危害，近年来，随着对空化效应的深入研究，人们开始关注于如何有效地利用空化产生的高能量，至此射流空化技术应运而生。 本文采用实验与理论相结合的方法，研究了射流空化方法制备石墨烯等二维纳米材料及其作用机理。二维纳米材料是一类新的纳米结构材料，其尺度在空间三维尺度中仅有一维在纳米量级，同时材料的晶体具有层状结构。这一结构的典型代表是石墨烯。本文通过射流空化方法制备石墨烯及其它二维纳米材料，主要的研究工作包括如下五个部分： （1）对国内外二维纳米材料以及空化效应的研究现状进行总结和归纳。概述了二维纳米材料的结构特点，包括石墨烯的结构、性能、制备方法、表征方法以及应用等；阐述了空化的形成、类型以及影响因素等概念，对空化机理及射流空化技术的研究现状进行了总结。 （2）以空化力对材料的剥蚀作用为理论依托，自主研发了一套射流空化实验装置，并对装置的设计模型进行了动力学分析，利用水听器分析了空化噪声信号，对装置的空化效果进行了评价，最终得到了满足要求的射流空化实验装置。 （3）对射流空化方法制备二维纳米材料的力学模型进行了研究。根据液体空化动力学和冲击应力波理论，分析认为射流空化所产生的冲击载荷是层状材料剥离的主要外力，这个力只要大于层状材料片层之间的范德华力，就可以把片层材料剥离下来，形成二维纳米材料。 （4）开展了射流空化方法制备石墨烯的研究。实验研究了不同空化发生器以及不同空化作用条件对制备石墨烯的影响规律，发现在20MPa射流压力下、采用No.3空化发生器、处理作用30min，即可得到含单层及少层的石墨烯悬浮液。利用SEM、AFM、TEM以及Raman光谱仪器等对所制备的石墨烯进行了表征与分析，结果表明：通过射流空化实验装置制备得到的石墨烯，其横向尺寸较大，结构无缺陷，可以达到单层，是一种绿色、低成本、高效、大批量制备石墨烯的方法。 （5）开展了射流空化方法制备其它二维纳米材料的研究。实验选用了BN、MoS2和WS2三种材料，开展了射流空化方法制备二维纳米材料的实验研究，通过SEM、AFM和TEM表征和分析发现，所制备的二维纳米材料也可以达到单层的水平。 本文通过射流空化方法制备了石墨烯等二维纳米材料，并对所制备的二维纳米材料进行了大量的表征与分析，这些实验结果均表明，本文所开发的射流空化技术制备石墨烯等二维纳米材料的方法，可以为大规模、高效、低成本、绿色制备石墨烯等二维纳米材料提供一种新的技术途径，将会推动二维纳米材料在工业领域的应用步伐，为社会创造财富。