石墨烯化学及潜在应用
第27卷 第4期 上海第二工业大学学报 V ol.27 No.4 2010年12月 JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITY Dec. 2010 文章编号: 1001-4543(2010)04-0259-13
石墨烯化学及潜在应用
李永玺，陈 彧，庄小东，张 斌，朱金辉，李佩佩，牛丽娟
（华东理工大学化学与分子工程学院，教育部结构可控先进功能材料及其制备重点实验室，上海 200237）
摘 要：石墨烯以其独特的二维结构（由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子以sp 2杂化连接而成的单原
子层组成）和优异的电学、光学、热学和机械性能，倍受科研机构的大力关注，迅速成为材料、化学、物理和工程
领域的热点研究课题。石墨烯可以通过机械剥落法、碳化硅表面外延生长、取向附生法、化学气相沉积法、化学分
散法及化学合成法等方法制备。与富勒烯（C 60，C 70）的功能化一样，利用共价键合修饰或非共价键合修饰的方法
可以在石墨烯表面或石墨烯体系引入功能基团或功能组分，制备出具有特殊功能的石墨烯衍生物。大量理论和实验
研究表明，石墨烯及其衍生物在纳米器件、半导体材料、生物传感器、信息存储、太阳能电池和储氢材料等领域具
有潜在的重要应用价值。综述了近年来石墨烯的制备方法、化学修饰和应用研究进展，对存在的问题和未来的发展
方向作了适当阐述。
关键词：石墨烯；石墨烯制备；石墨烯化学；材料应用
中图分类号：TQ323 文献标志码：A
0 引言
虽然零维(0D)富勒烯（C 60，C 70）、一维(1D)碳纳米
管、三维(3D)金刚石和石墨是碳的重要同素异形体（图
1），但因二维(2D)碳材料的长期缺席，一直无法构成从
0D 到3D 的完整碳材料体系。2004年曼彻斯特大学
A.K.Geim 等运用机械剥落法（撕胶带法）剥离石墨晶片
成功制备了单层的2D 石墨烯[1]（Graphene= graphite + ene ）
，至此给碳材料家族的构建划上了一个完美的句号。石墨烯是由单层sp 2杂化碳原子排列形成的蜂窝状六角
平面晶体，既可以堆积成为3D 石墨，也可以卷曲成为
1D 碳纳米管(CNTs)，甚至可以包裹成0D 富勒烯（图2）。
单层石墨烯的厚度仅为0.35 nm ，C-C 键长为0.142 nm ，
这样独特的稳定结构使石墨烯异常坚硬（强度是钢的100
多倍，达到130 Gpa ）、导热性能优良（热导率是金刚石
的三倍，达到5 000 Wm -1K -1）
、零带隙、电子/空穴迁移率高（理论上达到200 000 cm 2V -1S -1，高于目前已知半导
体的迁移率，见表1）。电子在轨道中移动时，不会因
晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用
力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。在室温下石墨烯还表现出整数和分数量子霍尔效应和室温铁磁性。石墨烯
的独特结构和优良的电学、光学、热学和机械性能吸引了难以计数的物理学家、化学家和材料学家的目光，
收稿日期: 2010-08-01; 修回日期: 2010-09-07
作者简介: 李永玺（1987－），男，甘肃人，博士研究生，主要研究方向为高性能光电材料与器件，电子邮件：lyx10055657@https://www.wendangku.net/doc/124935653.html, ；
通讯作者陈彧简介见文章末。
基金项目: 国家自然科学基金（No.20876046，No.21074034）, 教育部重大科研基金（No.309013）
图1 碳材料体系示意图
Fig.1 Allotropes of carbon
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轰轰烈烈地开启了石墨烯时代[2-8]。本文拟从石墨烯制备、石墨烯化学、石墨烯及其衍生物在纳米电子器件、生物传感器、信息存储等领域的潜在重要应用等几方面进行较为系统的评述。
图2石墨烯：石墨家族之母2b
Fig. 2 Graphene: the parent of all graphitic forms
表1 石墨烯和一些半导体的迁移率和带隙比较
Tab. 1Mobility of Carbon-based materials in comparison with other semiconductors
Semiconductor Mobility(cm2/Vs)Band Gap (eV)
Diamond 4 500 (electrons)
3 800 (holes)
5.50
GaAs 8 500 (electrons) 1.42
Si
450 (holes)
1.12
Ge 3 900 (electrons)
1 900 (holes)
0.66
Graphene 200 000(electrons)
200 000(holes)
10 000 (onto SiO2)
1 石墨烯的制备
目前石墨烯的合成方法主要有：机械剥落法、碳化硅表面外延生长、取向附生法、化学气相沉积法、化学分散法及化学合成法。
1.1 机械剥落法
该方法首先利用离子束在l mm厚的高定向热解石墨表面用氧等离子干刻蚀进行离子刻蚀。在表面刻蚀出宽2 μm ~ 2 mm、深5 μm的微槽，并将其用光刻胶粘到玻璃衬底上；然后用透明胶带进行反复撕揭，将多余的高定向裂解石墨HOPG（highly oriented pyrolitic graphite）去除；随后将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中作超声处理；再将单晶硅片放入丙酮溶剂中，将单层石墨烯“捞出”。由于范德华力或毛细管力，单层石墨烯会吸附在单晶硅片上。利用这一方法成功制备了准二维石墨单层并观测到其形貌。将微机械剥离法制得的含有单层石墨烯的硅晶片放置于一个经过刻蚀的金属架上，用酸将硅晶片腐蚀掉，获得了由金
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属支架支撑的悬空的单层石墨烯。用透射电镜观测到其形貌，发现单层石墨烯并不是一个平整的平面，而是平面上面有一定高度(50 ? ~ 100 ?)的褶皱。通过对单层石墨烯和双层石墨烯表面的褶皱程度的研究发现，石墨烯表面的褶皱可能是二维石墨烯存在的必要条件。单层石墨烯表面褶皱明显大于双层石墨烯，并且随着石墨烯层数的增加褶皱程度越来越小，趋于平滑。这是因为单层石墨烯片为降低其表面能量，由二维向三维形貌转换。尽管利用这种方法很难大规模制备石墨烯，而且尺寸不易控制，但是机械剥落法仍是制备高质量石墨烯最有效的方法之一[1,9,10]。
1.2 取向附生法
该方法是利用生长基质原子结构“种出”石墨烯的。在1 150 ℃温度下让碳原子渗入金属钌中，然后冷却到850 ℃，在此温度时大量碳原子上浮到钌表面，形成的片状单层的碳原子“孤岛”密布于整个基质表面，最后长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖基质 80 ％以后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就与钌几乎完全分离，只剩下弱电耦合，得到令人满意的单层石墨烯薄片。该方法的缺点是得到的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。
1.3 碳化硅表面外延生长
图3金刚砂高温还原制备石墨烯: (a)SEM图; (b) STM图
Fig.3Silicon carbide is reduced to graphene as silicon sublimes at high temperature. (a) SEM image shows small hexagonal crystallites；
and (b) STM image shows long-range order and a low density of defects.
该方法是通过加热单晶SiC脱除硅，在单晶(001)面上分解出石墨烯片层[11]（在超高真空、1 000℃条件下，硅会被释放出来，剩下的只有石墨化的碳）。利用这种方法能可控地制备出单层或是多层石墨烯（最多可获得100层的多层石墨烯），其厚度由加热温度决定，缺点是制备大面积、具有单一厚度的石墨烯比较困难。具体方法是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1 250 ℃~1 450 ℃后，恒温1分钟~ 20分钟，从而得到极薄的石墨烯层。加州理工大学的de Heer等[12-14]利用这种方法成功制备了石墨烯(图3），但从这种方法制备出来的二维石墨中并没有观测到由HOPG剥离出的二维石墨所表现出的量子霍尔效应，并且石墨烯表面的电子性质受SiC衬底的影响很大，进一步的研究仍在进行中。
1.4 化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical vapor deposition)是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法，也成为了研究人员制备石墨烯的一条途径。到目前为止利用化学沉积法制备石墨烯的途径还在进一步探索、完善中，现阶段工艺的不成熟以及较高的成本都限制了其大规模应用。如何大量、低成本制备出高质量的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点。
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262 1.5 化学分散法
利用化学方法制备水溶性氧化石墨烯（GO ）的方法主要有3种：Brodie [15] 、Staudenmaier [16]和Hummers [17]法。无论是哪种方法都是将石墨与强酸、强氧化剂作用，在石墨原有的C-C 骨架之间引入了大量的-OH,-COOH 和环氧基。氧化石墨烯上C 原子属于sp 3杂化，大大破坏了石墨烯的平面结构，从而降低了石墨烯原有的优良导电性能。因此，许多科学家正试图利用热退火或化学还原等手段将氧化石墨还原，恢复原有的优良性能。氧化石墨烯是目前研究最多的一类石墨烯衍生物，在水、乙二醇、DMF 、NMP 和THF 中有良好的溶解度（图
4）。
图4 氧化石墨烯结构和溶解度示意图
Fig.4 The structure and solubilities of graphene oxide
随着制备方法的深入开展，一些科学家
修正或发展了原有的化学制备可溶液加工
处理的高质量石墨烯方法（图5）。
1.6 氧化石墨烯的还原
2006年，Stankovich 小组研究了氧化石
墨烯的改性和还原[18-20]。
先将氧化石墨烯分散于水中，然后通过化学试剂对其还原。经
过强还原剂还原的氧化石墨烯的碳原子由
原来的sp 3结构转变为sp 2结构，
导致石墨烯在溶剂中分散性变差，发生不可逆团聚。在
还原过程中使用聚合物对氧化石墨烯层表
面进行包裹，可以避免团聚，从而制备出了
被聚苯乙烯磺酸钠包裹的改性石墨烯水溶
液。
Lomeda 等[21]报道了用水合肼还原十二
烷基苯磺酸钠（SDBS ）包裹的氧化石墨烯，
他们将还原后的石墨烯与重氮盐反应，得到
一种能很好分散在多种有机溶剂（如：DMF ，THF ，DMSO 等）的石墨烯溶液。在pH=10的条件下，用水合肼还原氧化石墨烯得到了一种可以在水中稳定存在的石墨烯溶液[22]。这是由于在pH=10时，氧化石墨烯中的羧基变为羧酸负离子。由于负离子的静电作用，氧化石墨烯在还原过程中不会凝聚成团簇，从而在水溶液中能够稳定存在。
图5 几种利用化学法制备石墨烯的方法 Fig.5 The various exfoliation routes to graphene
OH
O
O HO OH O OH O HO HO O O OH O
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用水合肼还原聚苯胺插层氧化石墨烯化合物，还原后化合物的导电性增加了1个数量级[23]。用氨基酸和氨基硅氧烷对氧化石墨烯表面进行改性后，石墨烯可以在水中或有机溶剂中形成稳定的溶胶。用热处理氧化石墨烯是另一种得到还原石墨烯的方法。将氧化石墨烯迅速加热到1 050℃（＞2 000 ℃/min），剥落后得到一种黑色片状固体[24]。通过元素分析发现，用这种方法制得石墨烯与经水合肼还原制得的石墨烯具有相似的C/O比。它的电导率约为1×103 Sm-1~2.3×103 Sm-1
利用长链的烷基锂可还原氟化石墨烯。改性后，氟化石墨烯的部分碳原子价态由sp3变为sp2，再对其进行高温退火，氟化石墨烯表面的长链烷基经过高温加热后分解，石墨晶体得到进一步完善，sp2结构得到进一步恢复。XRD分析表明，在800 ℃对改性石墨烯进行退火，改性石墨烯的层间距由0.61 nm降至单层石墨烯的0.34 nm。氧化石墨烯还原法虽然能够以相对较低的成本制备出大量的石墨烯，使得其在复合材料和防静电涂料等领域有很大的应用前景，但是石墨烯的电子结构以及晶体的完整性均受到强氧化剂的严重破坏，使其电子性质受到影响，一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。
1.7 化学合成法
利用化学分散法我们得到了微观尺寸的石墨烯，是否可以利用苯环类化合物合成石墨烯呢？[25-26] 2008年Muellen小组[25-26]利用有机合成方法得到了石墨烯类化合物，其厚度为12 nm。尽管这种材料的电学性质还没有测定，但是，它毫无疑问应该具有与石墨烯相似的性质。化学合成法可以制备出连续且性能优异的石墨烯薄膜半导体材料，而且现有的半导体加工技术也可以对石墨烯薄膜材料进行剪裁修饰，使得化学生长法制备出的石墨烯材料在微电子领域有着巨大的应用潜力。如果在未来几年内，有机合成方法能够突破制得的石墨烯尺寸较小的这一问题，那将为石墨烯的应用提供广阔的前景。图6给出了化学合成石墨烯的一个例子。
图6石墨烯的化学合成路径示意图
Fig. 6 Chemical synthesis of graphene
2 石墨烯化学
2.1 氧化石墨烯的共价键合修饰
目前的石墨烯化学反应大多集中于氧化石墨烯的共价键合修饰和非共价键合修饰。从前面的介绍可知，氧化石墨烯（GO）的表面主要存在羧基、羟基和环氧基三类功能基团。羧基通常位于氧化石墨烯的边缘。
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根据这些功能基团的化学反应性能，人们可以合成大量共价键合的氧化石墨烯衍生物，并发现其潜在的应用价值。图7归纳了文献中常见的氧化石墨烯的化学反应路径。
图7氧化石墨烯的共价修饰
Fig. 7 Covalent modification of GO
图8 卟啉-石墨烯杂化材料结构示意图
Fig. 8 The structure of the TPP-GO hybrid material.
Haddon等[27-29]首先报道了利用石墨烯表面上的-OH,-COOH，通过共键键合修饰生成酰胺类衍生物。修饰后的石墨烯在非极性溶剂中表现出良好的溶解性。随后，Xu 等[30]制备了TPP共价接枝的GO杂化材料（图8）。TPP在石墨烯上的共价键合显著增加了石墨烯在有机溶剂中的溶解度或分散度。产物表现出良好的光限幅性能，有望在激光防护领域得到应用。通过重氮化反应修饰石墨烯，使石墨烯在DMF、THF、DMSO 等溶剂中溶解性大大增强[31]。采用一系列苯基和烷基异氰酸酯对GO进行改性处理，可以获得不同的异氰酸酯改性氧化石墨烯(iGOs)。通过与原始GO对比，iGOs在水中完全不剥落，但在简单的超声波处理后极易在二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯啉(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)和六甲基磷酰胺(HMPA)中形成稳定的胶状分散体系。该悬浮液在低浓度下静置数周甚至离心分离后仍能保持稳定。另外，若采用含有正交功能基团如氰基、酮基和叠氮磺酰基的异氰酸盐，则可以实现 iGOs 表面性质和化学性质的进一步改进。
氧化石墨烯与富勒烯通过共价键键合生成GO-C60 衍生物(图9)[32]。通过XPS测得的C/N比可估算出在
第4期 李永玺，陈 彧，庄小东，等：石墨烯化学及潜在应用 265Graphene-C 60这种衍生物中，每一个C 60分子与130个碳原子共价结合。与单一的石墨烯和富勒烯相比，该化合物表现出较高的光限幅性能，在532 nm 处对其进行Z 扫描，可到达纳秒和皮秒级响应。此外。该化合物还具有较高的光致电子传输性能，有望在光限幅器件及光学开关器件方面得到应用。
图9 GO-C 60的合成路线
Fig. 9 Synthesis of GO-C 60
将石墨烯经过重氮盐反应后，再与聚苯乙烯反
应可得到接枝的Graphene-PS 高分子衍生物[33]。
DSC 测试结果显示较原来聚苯乙烯相比，衍生物的
玻璃化转变温度（T g ）提高了15℃。将石墨烯与PS
掺杂后，PS 薄膜表现出了很好的加固效应，杨氏系
数和抗张强度分别增加了59.2 %和69.5 %。这为以
后石墨烯的高分子修饰提供了广阔的前景。Shan 等
人报道最近合成了一种生物相容的石墨烯衍生物
(图10)[34]。他们在碱性溶液中，将石墨烯与赖氨酸
（PLL ）共价结合，得到了水溶性的生物大分子。
石墨烯在该化合物中扮演着聚集氨基的作用。赖氨
酸（PLL ）修饰后的石墨烯在水中会产生大量的自
由氨基，因此可用多种物质对其进一步修饰。基于
此，他们开发出了一种新型生物检测器，将过氧化
氢酶共价结合到赖氨酸（PLL ）修饰后的石墨烯上，
可以定性检测生物体中的H 2O 2。这种生物大分子的
成功合成推开了石墨烯在生物领域应用的大门。Shen 等利用自由基聚合反应将聚苯乙烯和聚丙烯酰胺分子共价键合在石墨烯上[35]。这种高分子修饰的石墨烯可以溶解在绝大多数有机溶剂中。通过控制亲水性基团和疏水性基团的比例可以改变侧链的化学性质。TGA 测试结果显示当温度达到600 ℃时，纯的石墨烯和PS-PAM 失重分别达到17 %和97 %，而PS-PAM 修饰后的石墨烯失重只有82 %，石墨烯的加入提高了PS-PAM 的热稳定性。
2.2 氧化石墨烯的非共价键合修饰
与共价修饰相比，通过π-π相互作用、静电作用、或氢键作用可以制备出许多非共价键合修饰的石墨烯衍生物。Su 等[36]利用 π-π 相互作用将给体分子 PyS 和受体分子 PDI 固定在石墨烯平面上（图11）。修饰后的石墨烯在水溶液中表现出很好的溶解度和分散性。进一步的研究发现不同的给体受体结构在一定程度上可以改变石墨烯的电导率，从而实现了石墨烯电导率的可调控性。Feng 等人还将该材料制作成异质结太阳能电池，
器件的短路电流和填充因子（分别为8.2 mA cm -2，
0.31）明显大于用纯的石墨烯制备的器件（5.4 mA cm -2，0.26）。 图10 石墨烯-赖氨酸的合成及在金电极上的自组装示意图 Fig.10 Schematic diagram of graphene-PLL synthesis and assembly process of graphene-PLL and HRP at a Gold Electrode
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图11石墨烯和石墨烯复合物示意图
Fig. 11Schematic illustration and images of aqueous dispersions of graphene sheets and composites on the surface Zhang 等将石墨烯与萘酞菁（Nc）通过π-π相互作用获得了一种给体-受体型复合材料[37]。将它蒸镀在ITO 电极上可测得该材料随着光强的变化，光电流也发生相应的变化。结果表明，在光照条件下，电子从酞菁转移到石墨烯分子中（图12）
图12GO-Nc的杂化过程
Fig.12Illustration of formation of the GO–Nc hybrid.
Bai等[38]将SPAN1与石墨烯通过π-π相互作用力结合在一起，生成的石墨烯衍生物表现出良好的电荷传输性能、电催化活性和稳定性。电化学测试的结果显示，SPAN1修饰的石墨烯电极的正向最大吸收峰在0.1V 处，而纯的石墨烯电极的正向最大吸收峰位于0.44 V处，远远大于SPAN1修饰后的石墨烯电极电势，表明SPAN1在石墨烯上的非共价键合显著促进了材料的电子传输性能和阳极氧化反应的可逆性，有望在电化学检测器等领域得到应用。
Cao等[39]以氧化石墨烯、二甲基亚砜（DMSO）为原料，采用一步合成的方法制备了石墨烯与CdS QDs 的复合材料（G-CdS QD）。其中DMSO既做溶剂，又做硫源。Rajamathi等[40]利用硫化氢（H2S）取代DMSO 的作用，也报道了类似的工作。这两个课题组的制备方法能够克服单层石墨烯的低产率及团聚问题，得到了稳定的G-CdS复合材料。唯一的缺陷在于，CdS颗粒生长难以控制，尺寸较大，达到10 nm。由于QDs 的光学效应与其颗粒尺寸直接相关，10 nm的粒径与通常所说的QDs（2-10nm）相比明显偏大，将导致材料的光学及物理化学性能下降。福州大学Feng等创新地提出一种简单且无损的合成方法，将CdS QDs与石墨烯纳米丝带(GNS，graphene nanoribbons)通过π-π作用非共价的方式连接起来(图13)[41]。该方法可以广泛用
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于制备其他纳米颗粒与GNS的复合材料。CdS QDs平均粒径仅为3 nm，均匀地分布在GNS上。这种非共价键合连接的方式，不仅可以使CdS QDs保持较小的颗粒尺寸，而且能够避免GNS的结构由于新组分的引入而被破坏，完整地保存了GNS的原来形貌。Z扫描实验结果表明，对于纳秒激光脉冲，GNS-CdS具有优异的光限幅性能，其主要机理是非线性光散射（NLS）和非线性光吸收（NLA）。
S S
图13 GNS-CdS的合成示意图
Fig.13 Synthesis of GNS-CdS.
3 石墨烯的潜在应用
大量理论和实验表明，石墨烯及其衍生物在纳米电子器件、信息存储、生物传感器、单分子检测器等领域具有重要的潜在应用价值。
3.1 石墨烯在纳米电子器件方面的应用
室温下石墨烯的载流子迁移率是普通硅片的十倍，受温度和掺杂效应的影响很小，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性。这是石墨烯作为纳米电子器件最突出的优势。它使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间。超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。此外，石墨烯的电子迁移率和空穴迁移率两者几乎相等，因此其N型场效应晶体管和P型场效应晶体管是对称的。因为其还具有零禁带特性，即使在室温下载流子在石墨烯中的平均自由程和相干长度也可为微米级，所以它是一种性能非常优异的半导体材料。有关专家指出，硅基芯片在室温条件下的速度是有极限的，只能达到现在这个地步，很难再大幅度提高；而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也非常少，且石墨烯本身就是一个良好的导热体，可以很快地散发热量，因此由石墨烯制造的集成电路运行的速度将要快得多。据估计，用石墨烯器件制成的计算机的运行速度可达到1T(1012 ) Hz，比现在常见的1G(109) Hz的计算机快1 000倍。最近利用电子束光刻与干刻蚀的方法将同一片石墨烯加工成量子点、引线和栅极，获得了室温下可以操作的石墨烯基单电子场效应管，解决了目前单电子场效应由于纳米尺度材料的不稳定性所带来的操作温度受限问题。Cao等人[39]合成了首个CdS-Graphene量子点。利用瞬态荧光光谱测试该掺杂物的电荷传输速度，结果显示,电子从激发态的CdS-到石墨烯网格的传输时间仅为皮秒级，表现出很好的光电性能。荷兰科学家则报道了第一个石墨烯基超导场效应管，发现在电荷密度为零的情况下，石墨烯还是可以传输一定的电流[42-43]，可为低能耗、开关时间快的纳米尺度超导电子器件带来突破。石墨烯具有良好的半导体性质，它们在场效应晶体管中表现出很好的电子和空穴传输性能。用石墨烯制备的场效应晶体管在室温下开关比[44-45]可达107。与碳纳米管相比，石墨烯独特的柔性二维平面结构，可以使各种掺杂物很好地分散在石墨烯平面上，有效提高电荷的传输效率。基于石墨烯的电子器件几乎包含了整个电路所需的所有要素，包括导电通道、量子点、电极、势垒、分子开关等，避免了一维材料基器件中难以实现的集成问题。
3.2 石墨烯在信息存储领域中的应用
与硅存储器相比，基于有机高分子存储材料制作的存储器具有成本低、易加工、柔软性好、可大面积
上海第二工业大学学报 2010年 第27卷 268 制作、响应快、功耗低、高密度存储等优点，在信息存储以及高速计算领域有着非常广泛的应用前景，但在响应速度、开关比、读写循环次数、器件维持时间等方面还存在很大差距，离实际应用还有很长的路要走。 在该领域里亟待解决的工作主要集中于研究和开发具有更好电学特性及工艺兼容性的有机高分子功能材料和薄膜，进一步推进其器件化。这就要求对有机/高分子分子结构设计与合成技术（在目前状况下，有机分子和高分子材料的可靠性和热、电稳定性不够，样品成品率低；STM 针尖与样品之间的极强电场很容易破坏材料的结构而影响其性能。能否能找到一种速度更快、适用范围更广、限制条件更少的材料及其制备技术手段也是结构设计和合成中急需解决的问题）、组装技术、器件制备工艺、材料功能机理（如：迄今为止对电子在有机功能基团中的传输过程无法解释清楚；金属和金属氧化物电极与有机分子之间的界面作用非常复杂，也不能给出明确的结论）等有更深的理解、研究和掌握，同时也依赖于物理学、化学、材料学及器件加工等领域研究人员的紧密合作。Zhuang 等[46]设计合成了一种高性能的共轭高分子共价接枝的石墨烯信息存储材料TPAPAM-GO （图14），并以此材料作为活性材料制备了国际上第一个基于石墨烯的共轭高分子记忆器件。该材料表现出优异的可擦写电双稳态分子记忆性能，电流开关比超过103，开态和关态在恒定电压下稳定，且在 －1伏特的读出电压脉冲下读出次数超过1亿次。该研究者又制备了聚乙烯咔唑共价接枝的氧化石墨烯高分子材料GO-PVK [47-48]，在有机溶剂中的溶解度达到10 mg/ml ，带隙2.0 eV 。 基于该材料的记忆器件同样展现出优良的信息存储性能。研究结果发表后，Nature Publish Group(NPG)-Asia Materials 在2010年4月19日以Graphene composites: On and off 为题对该研究成果进行突出介绍和正面评价。
图14 TPAPAM-GO 合成路线（左）、电流密度—电压特征和稳定性（右）
Fig. 14 (left) Synthesis of TPAPAM-GO and (right) current density-voltage characteristics, and stability
3.3 石墨烯在生物领域的应用
嵌入生物传感器界面的石墨烯可增大电极的有效表面积并可用作金属纳米颗粒的支撑物。纳米尺寸的功能颗粒能够在单位面积上固定大量的生物分子，形成高效的生物传感器或生物质催化剂。这些材料具有最佳的传感器性能，而且成本低廉。将铂或钯纳米颗粒喷洒到分层的石墨纳米小片上，可以起到葡萄糖传感器的变送器作用。该变送器的灵敏度高达(61.5±0.6) μA/(Mm.cm -2)，反应时间短于2秒。铂或钯纳米颗粒创造了大的电活性表面积，从而有效地催化了氧化还原。
3.4 单分子检测器
与目前电子器件中使用的硅及金属材料不同，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环时同样保持很好的稳定性和电学性能，使探索单电子器件成为可能。 Schedin 等人[49]首先将石墨烯制作成为单分子检测器来检测NO 2。随后，Rangel 等[50]
从理论上证明了石墨烯作为单分子检测器的可行性。通过检测石墨烯还原过程OH O O O NH O O OH
C O O TPAPAM NH HN HN TPAPAM-GO
2TPAPAM NH TPAPAM TPAPAM
第4期李永玺，陈彧，庄小东，等：石墨烯化学及潜在应用269
中电导率的变化，科学家们随后又开发出了检测NH3和二硝基甲苯的石墨烯单分子检测器[51]。随着人们对生态环境的日益重视，这种石墨烯单分子检测器将会受到越来越多的关注。
3.5 石墨烯在其他方面的应用
当石墨烯分子中含有30 %的环氧基时，将具有一种十分有趣的特性，可被用作一些电子仪器组件及更高级电子设备的热界面材料。与传统的热界面材料相比，向石墨烯中加入30 %的环氧基，会使其热导率增加3倍左右[52]。石墨烯作为自组装电子器件受到了广泛的期待。基于石墨烯的复合材料将有望得到最快的实际应用。由于其大表面体积比和和高导电性，石墨烯另一诱人的应用是作为电池电极材料以提高电池效率。石墨烯具有优异的氢气吸附特性，可望在储氢材料领域得到应用。此外，石墨烯及其衍生物在生物医药、激光防护、非线性光学、有机太阳能电池、锂电池、超级电容器、超快激光、光驱动器件等领域已表现出潜在的应用前景。
4 结语与展望
综上所述，石墨烯由于其独特二维结构和优良的物理、力学和电学性能吸引了无数科学家的目光，自2004年它被发现以来，在短短几年的时间内相关研究就取得了很大的进展。目前，石墨烯制备方法多样化, 优缺点并存，但如何大规模制备结构完整、尺寸和层数可控的高质量石墨烯仍然是值得继续研究和探讨的课题。石墨烯的化学修饰主要针对氧化石墨烯，而对于还原石墨烯的制备和化学修饰的研究还不多。新的化学修饰方法、共价键合到石墨烯表面上的有机/高分子功能单元含量控制和分布及对目标材料性能的影响、石墨烯及其衍生物的生物毒性或对动植物的安全性影响、石墨烯的其他特性等大量关键基础问题还需要进一步深入研究。含杂原子的石墨烯的制备和功能修饰也是未来的发展方向。总之，石墨烯化学及其功能材料研究方兴未艾，大有作为。
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第4期李永玺，陈彧，庄小东，等：石墨烯化学及潜在应用271
The Chemistry and Potential Applications of Graphenes
LI Yong-xi, CHEN Yu, ZHUANG Xiao-dong, ZHANG Bin, ZHU Jin-hui, LI Pei-pei，
NIU Li-juan
（Key Laboratory for Advanced Materials, Institute of Applied Chemistry, East China University of Science and
Technology, Shanghai 200237, P. R. China.）
Abstract: Graphene, a one-atom-thick and two-dimensional(2D) planar sheet of sp2-bonded carbon atoms that are densely packed in a honeycomb crystal lattice, has been a subject of extensive academic and commercial interest for potential use as the active materials in the fields of materials science, chemistry, physics and engineering due to its outstanding electronic, photonic, thermal and mechanical properties. It can be wrapped up into 0D fullerenes, rolled into 1D nanotubes or stacked into 3D graphite. In this paper the important aspects of graphenes, including preparation methods, chemical modification and potential applications, have been highlighted in detail. Basically graphenes can be prepared by micromechanical exfoliation, epitaxial growth on electrically insulating surfaces such as SiC, chemical vapor deposition, chemical synthesis and the creation of colloidal suspensions. By covalent or， non-covalent modification of graphenes, a large number of the intersting and promising functional materials have been prepared. Many challenges still remain. Future work should be focused on in-depth studies of graphene chemistry and materials science to provide a detailed understanding of the factors affecting the materials performance.
Keywords: graphene; preparation methods; chemical modification; functional materials; potential applications.
通讯作者简介陈彧，男，1996年7月毕业于复旦大学，获理学博士学位，1998年4月任复旦大学
化学系副教授。1999年7月获德国洪堡基金会提供的洪堡奖学金，2000～2004年先后留学德国蒂宾
根（Tuebingen）大学有机化学研究所（Humboldt Research Fellow）、美国华盛顿大学材料科学工程系
（Research Associate）、日本东北大学多元物质科学研究所（Research Scientist）。现为上海市东方学
者特聘教授、博士生导师，华东理工大学特聘教授，福州大学客座教授。教育部“结构可控先进功能
材料及其制备”重点实验室学术骨干，华东理工大学“先进材料与制备技术”博士点导师组组长，化
学与分子工程学院学术委员会和职称评定委员会委员，华东理工大学学科建设教授委员会委员，上海市委统战部第四、第五届上海市中青年知识分子联谊会会员。回国后分别被上海市和国家教育部授予“上海市优秀学科带头人、上海市曙光学者、上海市东方学者特聘教授、上海市曙光跟踪计划获得者、教育部新世纪优秀人才”等荣誉称号。荣获上海市科技进步三等奖、上海市自然科学奖一等奖等多项省部级奖励。自2002年以来长期担任美国化学会权威期刊和英国皇家化学会所属权威期刊论文评审人。迄今为止，已在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed , J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Org. Lett., Chem. Commun., Chem. Eur. J., Chem. Mater., Macromolecules 等影响因子介于3～21之间的SCI期刊上发表论文近50篇，SCI/EI 收录论文总数170余篇，被他人引用1300余次。
石墨烯的制备方法与应用
石墨烯的制备方法与应用 摘要: 石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的热潮。关键字: 石墨烯, 制备, 应用,氧化石墨烯，传感器 石墨烯的定义 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。 石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)。 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯; 可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。
单原子层石墨晶体薄膜。 每个原胞中两个碳原子，每个原子与最相邻三个碳原子形成三个σ键。 每个碳原子贡献一个多余p电子，垂直于graphene平面，形成未成键的π电子——良好的导电性。 石墨烯的性能 最薄——只有一个原子厚 强度最高——美国哥伦比亚大学的专家为了测试石墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本，然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这个结果测算，要使1 米长的石墨烯断裂，需要施加相当于55 牛顿的压力，也就是说，用石墨烯制成的包装袋应该可以承受大约两吨的重量。 没有能隙——良好的半导体 良好的导热性 热稳定性——优于石墨 较大的比表面积 优秀导电性——电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度--电子的“光速”移动碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予
石墨烯性能简介
第一章石墨烯性能及相关概念 1 石墨烯概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m?K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。 石墨烯结构图
2 石墨烯结构 石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。 形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。 石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。 石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
关于石墨烯电池的调研报告范文
关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报
石墨烯介绍
1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半
导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。
石墨烯文献检索
《文献检索与科技论文写作》作业 学生姓名 年级专业 班级学号 指导教师职称
目录 第一部分文献查阅练习 (1) 第二部分文献总结练习 (7) 第三部分科技论文图表练习 (8) 第四部分心得体会 (11)
第一部分文献查阅练习 1、黄毅，陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用.中国科学B辑:化学2009年第39卷第9期:887-896 摘要：石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展，并对功能化石墨烯的应用作了介绍，最后对相关领域的发展趋势作了展望. 关键词：功能化应用 2、胡耀娟,金娟.石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用. 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)Acta Phys.-Chim.Sin.,2010,26(8)：2073-2086 摘要：石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质.有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一.本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。 关键词：制备功能化应用. 3、杨永岗,陈成猛,温月芳.新型炭材料.第23卷第3期 2008年9月：193-200 摘要：石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料。近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合
石墨烯在催化方面的应用
石墨烯在催化方面的应用 1、石墨烯纳米光催化复合材料的研究 纳米材料被认为是“二十一世纪最有前途的材料”。石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构的纳米材料,由于它具有特殊的纳米结构以及优异的性能,石墨烯的复合材料已在电子学、光学、磁学、生物医学、催化等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。光催化技术具有工艺简单,能耗低,操作条件容易控制和降解彻底的特点,被认为是具有良好发展前景的环保新技术。以光催化剂/石墨烯纳米复合材料为研究对象,通过不同的复合工艺,制备了三种石墨烯纳米复合材料。 1）以天然鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨,并用热剥离成石墨烯,或者利用超声波分散剥离为氧化石墨烯,再化学还原成石墨烯。 2）二氧化钛/石墨烯纳米复合材料，二氧化钛和石墨烯复合效果较好。 3）以氧化石墨烯为基体,醋酸锌为锌源,采用溶胶法制备了氧化锌/石墨烯纳米复合材料。 研究发现了石墨烯的光催化性能,结果表明石墨烯/氧化锌有较高的催化效率,可以测定复合材料的荧光效应。 2、石墨烯负载Pt催化剂的催化氧化发光性能 Pt纳米颗粒可以很好地分散在石墨烯表面,因此合成了石墨
烯负载Pt纳米颗粒的Pt/石墨烯催化剂.并有较快的催化反应速率,Pt颗粒越小催化发光强度越大。当不同Pt负载量(0.4%-1.6%(w,质量分数)的催化剂作用于40%(φ,体积分数)以下浓度的CO/空气体系时,产生的催化发光强度均与CO浓度成正比。该催化剂在一定条件下,不但对CO氧化有较好的催化发光性能,还对乙醚、无水甲醇和甲苯有不同程度的催化氧化发光活性;但二氧化碳、甲醛、戊二醛、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、水蒸气均无响应信号。 3、与传统的Pd/Vulcan XC-72相比,Pd/石墨烯催化剂对碱性介质中乙醇电氧化的催化活性有了极大的提高，石墨烯-SnO2复合物（SnO2-GNS）可以负载高分散的Pd作为纳米颗粒催化剂，电化学测试表明,与Pd/石墨烯（Pd/GNS）相比,Pd/SnO2-GNS 催化剂对乙醇电氧化的催化活性有了很大的提高。当加入的前驱盐SnCl2·2H2O与氧化石墨的质量比为1:2时,Pd/SnO2-GNS催化剂获得最好的催化活性。 4、用石墨烯(G)代替Vulcan XC-72炭(XC)作Ir的载体制备石墨烯载Ir(Ir/G)催化剂.电化学的测量结果表明,Ir/G催化剂对氨氧化的电催化性能优于XC炭载Ir(Ir/XC)催化剂。 5、利用溶胶-凝胶法原位制备了二氧化钛/石墨烯(TiO2-GE)复合光催化剂，研究了纯TiO2以及不同方法制备的TiO2-GE复合光催化剂对亚甲基蓝及罗丹明B光催化降解性能.结果表明:石墨烯的引入提高了TiO2的光催活性,这主要是得益于石墨烯优
石墨烯基本特性
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽频的光吸收和非线性光学性质, 以及室温下的量子霍尔效应等。常温
水热合成Fe2O3石墨烯纳米复合材料及其电化学性能研究
常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期：2012-09-05 作者简介：季红梅（1982—），女，江苏启东人，讲师，工学硕士，研究方向：无机功能材料．水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1，于湧涛2，王露1，王静1，杨刚1 （1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；2.吉林石化公司研究院，吉林吉林132021） 摘要：利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯（RGO ）锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明，180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中，初始放电比容量为1023.6mAh/g （电流密度为40mA/g ），电流密度增加到800mA/g 时，放电比容量维持在406.6 mAh/g ，大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词：Fe 2O 3；石墨烯；负极材料中图分类号：TM911文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2012）10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后，金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物，理论容量为1005mAh/g ，远高于石墨类材料的理论比容量，已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来，石墨烯由于其高的电传导性，大的比表面积，良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合，提升材料的电化学性能.比如，Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料，改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4，Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究，本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料，并研究了其电化学性能，合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境，并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺（C 6H 12N 2）；无水三氯化铁（FeCl 3）；石墨；硝酸钠（NaNO 3）；浓硫酸（H 2SO 4）；高锰酸钾（KMnO 4）；双氧水（H 2O 2）和盐酸（HCl ），以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜；日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪；德国Bruker Vector 22红外光谱仪；日本JEOL-2000CX 透射电镜；美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪；LAND 电池
石墨烯的应用领域
第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。
正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电
石墨烯修饰电极的电化学性能
https://www.wendangku.net/doc/124935653.html,锦生炭素 石墨烯修饰电极的电化学性能 石墨烯(Graphene)是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,在微纳电子器件、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景,基于石墨烯的相关研究也成为目前电化学领域的热点研究领域之一。 本论文围绕石墨烯的不同修饰电极条件,结合电化学基础研究,开展了石墨烯及其相关的电化学性能研究。具体内容归纳如下: (1)将石墨烯与具有良好导电性能的聚苯胺(PANI)复合,研究了石墨烯/聚苯胺复合物修饰电极的电化学性能。利用石墨烯与聚苯胺之间电子给体与电子受体的相互作用,实现了聚苯胺在中性甚至强碱性溶液中的电化学活性,并利用红外光谱、拉曼光谱和紫外光谱进行了可能的机理探讨。石墨烯/聚苯胺复合物材料在中性溶液里的电化学活性,在生物传感领域具有可能的应用空间;同时,在不同pH 溶液里的电化学活性也为石墨烯/聚苯胺复合物材料在pH传感中提供了可能的应用空间。 (2)将石墨烯与具有电绝缘性能的凡士林混合,研究了石墨烯/凡士林膜电极的电化学性能。循环伏安测试表明:采用10.0 mg/mL、5.0 mg/mL和1.0 mg/mL的石墨烯/凡士林修饰电极可以依次得到常规尺寸电极、亚微尺寸电极和微尺寸的纳米电极阵列,并且通过简单混合所制备的石墨烯/凡士林膜电极具有良好的电化学活性和稳定性。作为新型碳材料的膜电极,石墨烯/凡士林膜电极在基础电化学研究和应用中具有一定的潜在价值。 (3)将石墨烯组装在具有完全电绝缘性能的硫醇自组装膜电极上,研究了石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学性能。交流阻抗数据表明,随着组装时间的增加,石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学阻抗逐渐降低,表明石墨烯在硫醇自组装膜上是一个可控的组装过程。循环伏安测试还表明,石墨烯的组装时间是120 min和5 min时,可以分别得到常规尺寸和微尺寸纳米电极阵列的石墨烯/硫醇自组装膜电极,而且对抗坏血酸、多巴胺、尿酸具有较好的电催化活性。同时,为了探讨可能的实验机理,我们讨论了电子传递的可能原因以及影响自组装膜电极双电层结构的两个因素。结果表明随着硫醇中碳链长度的增加,电子传递速率逐渐降低,氧化还原峰电位的差值逐渐增大;不同碳材料的电子转移速率呈现为:石墨烯>多孔碳>石墨。这种采用简单而有效的方法制备的石墨烯/硫醇自组装膜电极,在电化学理论研究和实际应用中具有较好的前景。 超级电容器是一种绿色、新型的储能元件,由于其高效、无污染的优良特性,符合“低碳”经济的发展要求,受到了人们的高度重视。超级电容器的核心是电极材料。 新兴的石墨烯二维单层原子碳材料因具有大的比表面积、优异的导电性、高的机械强度,被认为是理想的超级电容器电极材料。化学方法制备的氧化石墨烯具有良好的成膜性,可用于制备“石墨烯纸”并进而应用于无支撑电极。 此外,氧化石墨烯上丰富的含氧官能团可用于锚定金属纳米粒子,形成石墨烯复合材料。本论文围绕石墨烯薄膜制备、修饰和电化学电容性质开展研究工作,发展了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的溶液铸造制备方法,提出了水热还原制备石墨烯基复合薄膜的途径,并研究了所制备材料的电容性能,取得了
石墨烯在环氧树脂中的应用
石墨烯在环氧树脂中的应用 石墨烯的简介 石墨是碳单质的同素异形体，碳元素的神奇的六号元素，碳单质同素异形体从最硬到极软，从全吸收到全透光，绝缘体到半导体到导体，绝热到良导热，而石墨烯就是单原子层的石墨。 石墨烯增强树脂机理 石墨烯具有很大的表比面积，加上石墨烯的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使石墨烯变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。官能团化石墨烯表面含有羟基，羧基等化学基团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导电性 改性的石墨烯于环氧树脂复合，加入2%的改性石墨烯，环氧复合材料的储能模量增大113%，加入4%是，强度增大38%。纯EP树脂的电阻为10^17欧姆.厘米，添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。 石墨烯在环氧树脂中的应用——导热性 将碳纳米管、石墨烯加到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 20 vol%
GNPs, 复合材料的导热系数可达7.3W/mK. 石墨烯在环氧树脂中的应用——阻燃性 当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯时阻燃值提高23.7%，加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高43.9%。 石墨烯导热塑料的优势 石墨烯导热塑料容易加工、成型耗费能源少、密度适中做出产品轻巧、可降解对环境污染小、加工可自动化高效、颜色丰富任意调整、仓库运输成本大量降低、不易碰撞变形、可绝缘不易造成安全隐患，散热均匀。 环氧树脂的种类 1. 缩水甘油醚型树脂缩水 2.缩水甘油脂型树脂 3.缩水甘油胺型树脂
4.脂环族环氧化合物 5.线状脂肪族环氧化合物。 环氧树脂的用途 环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。 其中固化剂是必不可少的添加物，无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂，否则环氧树脂不能固化。 由于用途性能要求各不相同，对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。
石墨烯的表面性质及其分析测试技术
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2016, 5(2), 48-57 Published Online May 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/124935653.html,/journal/japc https://www.wendangku.net/doc/124935653.html,/10.12677/japc.2016.52006 Progress in Surface Properties and the Surface Testing of Graphene Jinfeng Dai1*, Guojian Wang1,2, Chengken Wu1 1School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 2Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Shanghai Received: Apr. 22nd, 2016; accepted: May 10th, 2016; published: May 13th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/124935653.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Graphene has been paid much attention for its special two-dimensional structure and excellent physicochemical properties. Researchers have done a great number of studies on these fields, and have made lots of outstanding results, while less on the surface properties, relatively. However, the surface properties of graphene usually play an important role in the practical application of graphene-based materials, especially, in the nano-composites, nano-coating and electrical nano- devices. In this review, the recent developments of surface properties and surface modification of graphene are summarized, where the relationship between the structure and surface properties of graphene is highlighted. The method of surface testing is also compared and commented on briefly. We believe that the future prospects of research emphasis on preparation of functiona-lized graphene with special surface properties, and a new comprehensive technique for testing the surface properties of graphene. Finally, the current challenges of research on structural surface and surface properties of graphene are commented based on our own opnion. Keywords Surface Properties, Structural Surface, Surface Energy, Surface Testing, Graphene 石墨烯的表面性质及其分析测试技术 戴进峰1*，王国建1,2，吴承恳1 1同济大学材料科学与工程学院，上海 *通讯作者。
石墨烯纤维纱的性能及其应用
石墨烯纤维纱的性能及其应用 石墨烯的发现 石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电性能最强的新型纳米材料，从2004年石墨烯在实验室被正式制备以来，受到全球广泛关注，被誉为“新材料之王”。在国内，相关技术人员通过打开分子链，嵌入金属模板，利用高科技高温煅烧这一航天技术，成功从玉米芯纤维素中研制出生物质石墨烯，全球首创，成为2016年纤维新秀。 用石墨烯纤维面料的独特功效 1、体温即可激发的远红外 石墨烯特有人体体温激发远红外功能，促进血液微循环，加速新陈代谢，有效放松肌肉缓解疲劳，用石墨烯纤维面料制作贴身衣物，亲肤能改善血液微循环，缓解慢性疼痛，有效改善人体亚健康。 2、抗菌抑菌 石墨烯纤维特有抗菌抑菌功能，有效抑制真菌的滋生，抑菌除臭功能显著。 3、吸湿透气 石墨烯纤维同时具有祛湿透气功能，能持久保持肌肤干爽，透气舒适，有效保护私处健康。 4、抗静电 天然抗静电功能，让穿着更舒适。 5、防紫外线 石墨烯纤维同时具防紫外线功能，无论制作贴身衣物还是外穿时装，功能同样出众。
石墨烯纤维的应用范围 、墨烯内暖纤维石墨烯内暖纤维是由生物质石墨烯与各类纤维复合而成的一种智能多功能纤维新材料，具备超越国际先进水平的低温远红外功能，集防静电等作用于一身。 石墨烯内暖纤维长丝、短纤规格齐全，短纤可与棉毛丝麻等纤维以及涤纶腈纶等其他各种纤维等其他各种纤维搭配混纺，长丝可与各种纤维交织，制备不同功能需求的纱线面料。 在纺织领域，可以制成袜类、婴幼服饰、家居面料、户外服装等。石墨烯内暖纤维的用途服装领域，还可以应用于车辆内饰、美容卫材、摩擦材料、过滤材料等。 墨烯内暖绒材料石墨烯内暖绒是由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝生产而成。该技术既充分利用了可的低成本生物质资源，又将生物质石墨烯的功能充分展现到纤维中，获得了高性能、高附加值的新型纺织材料。石墨烯内暖绒材料具有远红外升温、保暖透气、抗静电等多功能特性，作为填充材料应用于棉被、羽绒服等，对提升纺织工业创新能力和推动高附加值产品开发具有重大意义和市场价值。
石墨烯的制备及电化学性能研究
目录 摘要............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1) 1.1 石墨烯的制备 (2) 1.1.1 机械剥离法 (2) 1.1.2 电化学剥离法 (2) 1.1.3 化学气相沉积法 (3) 1.2 石墨烯电极材料的制备 (5) 1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5) 2 实验部分 (6) 2.1 实验试剂 (6) 2.2 实验仪器 (6) 2.3 RHAC和GQDs的制备 (6) 2.4 RHAC-GQDs的制备 (6) 2.5 电极制备和电池组装 (7) 3 结果和讨论 (8) 3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8) 3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8) 3.3 红外光谱分析 (8) 3.4 XRD分析 (8) 3.5 扫描电镜分析 (9) 3.6 循环伏安法测试分析 (9) 3.7 恒流充放电试验分析 (9) 3.8 电化学阻抗分析 (10) 4 结论与展望 (12) 4.1 结论 (12) 4.2 主要创新点 (12) 4.3 展望 (12) 参考文献 (13) 致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。
石墨烯在涂料领域中的应用探析
石墨烯在涂料领域中的应用探析 自从石墨烯诞生之日起，就受到世界范围内的高度关注。石墨烯作为碳单质的第三种形式，以其优异的物理性能、化学性能、电性能和热力学性能，在涂料行业一经使用，就有着十分突出的优异表现。文章围绕石墨烯在涂料领域的相关应用进行探讨，主要介绍了石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料方面的应用情况。 标签：石墨烯；涂料；导电；防腐 引言 使用工具是人类区别于其他动物的根本特征。人类的历史本质上是人类使用工具改造自然、认知世界的过程。优质的材料是工具发展的主要动力之一。许多次人类科学乃至社会上的重大进步，都是与新材料的发现、发明密切相关。石墨烯是21世纪重要的新型材料，其由多层片状结构组成，每层结构都是由碳原子经过sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格平面薄膜。石墨烯的理论已经提出了一段时间，但一直到2004年英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，才在实验室中人工分离出石墨烯单体，从而证实了石墨烯的存在。两位学者也因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是纳米材料中厚度最小、强度最大的种类。由于吸光率很低，只有 2.3%，所以外观几乎是完全透明的。石墨烯物理性能优异，导热性能比碳纳米管和金刚石还高，为5300W/m·K，室温环境下其电子迁移率大于15000cm2/vs，超过纳米碳管或硅晶体。石墨烯是当前世界上已知材料中导电性最好的材料，电阻率仅为10-8Ω·cm，低于铜或银。综上所述，石墨烯兼具比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点，一经问世，就受到世界各国的广泛关注。现阶段我国已经初步形成石墨烯工业化生产。石墨烯应用范围十分广阔，涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能，石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料等方面都有着非常深远的应用前景。下面就对石墨烯在涂料领域中的主要应用进行一下简要介绍与分析。 1 石墨烯在导电涂料领域的应用 1.1 汽车静电喷涂浅色底漆 汽车是重要的工业产品。作为汽车构成系统中的有机组成部分，汽车塑件具有很好的市场空间。当前汽车塑件涂装普遍采用常规空气喷涂方式作业。这种喷漆工业是以喷枪为工具，使用压缩空气为载体进行生产。在生产过程中，大量涂料以雾化形式散逸到空气中，不仅成本昂贵，而且会造成较为严重的空气污染。基于这个原因，汽车及涂料企业一直把更具有经济性、环保性的新型涂料作为汽车涂料的主要开发目标。其中，静电喷涂就是其中一個重要方向。静电喷涂以电场为涂装载体，不但涂料利用效率高，成本相对降低，有利于环境保护，还具有生产速度快，装饰性能高等优点。汽车组成构件中有很大一部分，比如说汽车车
石墨烯以及导热性质的介绍
石墨烯以及导热性质的有关介绍 石墨烯( Graphene)又叫单层石墨，是构造其他石墨材料的最基本的材料单元。石墨稀是由sp2碳原子以蜂窝状晶格构成的二维单原子层结构。每个碳原子周围有３个碳原子成键，键角120°；每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键。在石墨烯中，碳原子在不停的振动，振动的幅度有可能超过其厚度。其中最重要的石墨烯的晶格振动，不仅仅影响石墨烯的形貌特征，还影响的石墨烯的力学性质、输运特性、热学性质和光电性质。对石墨烯的热学性质的影响主要是由于石墨烯晶格振动。 根据有关资料的显示，对石墨烯晶格振动的研究可利用价力场方法。在价力场方法中，石墨烯内所有原子间的相互作用力可以分为键的伸缩力和键的弯曲力。从经典的热学理论出发，对石墨烯的导热系数进行研究。 一、以下是石墨烯薄片的热通量有关的表达式:
上面理论计算的导热系数主要由石墨烯的声子频率、声子的支数和声子的作用过程等决定。从得出的结果出可以得出以下的图表： 从图中看出来石墨烯的导热系数随温度的增加而减小。在同一温度下，导热系数随石墨烯的宽度的增加而增加。由经典的热传导理论可知，随着温度的升高，晶格振动加强，声子运动剧烈，热流中的声子数目也增加。声子间的相互作用或碰撞更加频繁，原子偏离对平衡位置的振幅增大，引起的声子散射加剧，使导热载体(声子)的平均自由程减小。这是石墨烯的导热系数随温度升高而降低的主要原因。对于石墨烯，电子的运动对导热也有一定的贡献，但在高温情况下，晶格振动对石墨烯的导热贡献是主要的，起主导作用。 二、石墨烯的导热系数经验公式 式中 Xg 是温度系数，L 是单层石墨烯的中间部分与散热片之间的距离，h 是单层石墨烯厚度，d 为单层石墨烯的宽度，δf 是G 峰位移，δP 是样品的热功率的变化。从经验公式可以看出，石墨烯的导热系不同宽度的石墨烯薄 片的导热系数与温度 的关系
石墨烯复合材料的研究及其应用
石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。