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石墨烯浅析

石墨烯

石墨烯电池，利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。由于石墨烯电池在汽车和移动设备上的应用成功，电动汽车的环保无污染优点市场需求量大，电动汽车的发展前景乐观，另一个电子产品的巨大市场规模。这两大块需求市场将带动石墨烯电池未来巨大的市场需求。目前，需要解决的石墨烯电池的生产成本高，生产技术工艺改善以及推广等问题。

中国目前已经走在了石墨烯产业化的前列，涌现出了一大批石墨烯相关企业，产业方向集中在石墨烯的制备以及储能、触摸屏和涂层等几个应用领域。但是，石墨烯电池市场还在初级导入阶段，很多技术和生产工艺的问题还没有解决，大量的商业化规模生产还没有形成，只在部分研究实验室和生产企业进行试产。目前从事石墨烯产业的企业有上千家，主流的只有几十家。2014年，石墨烯产业链国内市场规模高达233.2亿元，石墨烯应用市场规模大约在90-100亿元，其中石墨烯电池市场规模大约31亿元。国内主要研究的是石墨烯运用到锂电池上，而非全新体系的“超级电池”，所以国内技术和超级电池有一定差距。国家相关部门对此很重视，2015年出台的“十三五”新材料规划可能将石墨烯纳入其中。

由于技术门槛高、资金投入大以及难以逾越的产业壁垒，对于石墨烯企业，特别是从事应用型产品产业化的企业各方面实力均提出了很高的要求，国内的石墨烯产业必然会形成“寡头称雄”的局面。中国石墨烯产业技术战略联盟在2013年就已经向国家各部委上报了多个石墨烯研发示范基地，无锡、重庆、南京、青岛、常州等纷纷建立石墨烯产业示范基地。

新型石墨烯电池实验阶段的成功，无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而目前的电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。石墨烯产品和高效蓄电池项目完整产业链已经形成，德阳石墨烯蓄电池产业化在即，生产石墨烯的金路集团也将面临新机遇。国内外其它石墨烯应用产品也陆续研发成功，石墨烯工业化时代从中国开始到来！

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与中国石墨烯联盟签署合作协议2016年5月29日发布公告,近日公司与天津东丽经济技术开发区总公司及中国国际石墨烯资源产业联盟基于互惠互利的原则,经过友好协商,共同签署了《合作协议》。合作协议的签署有利于公司借助天津市的地域、政策、产业等优势,结合联盟的技术力量和国际资源,把握石墨烯产业发展的历史机遇,加速公司的石墨烯产业布局,推动天津石墨烯资源集聚和产业整合,助力国家石墨烯产业的发展。

签署石墨烯产业合作协议2016年3月10日午间披露,公司近日与四川省德阳市旌阳区人民政府签署了《东旭旭德阳石墨烯产业发展基金战略合作协议》,双方共同设立一支规模2亿元的产业基金,推进“四川省石墨烯产业园”建设,着力打造西部首个集科研创新、孵化应用于一体的全产业链集群——“西

部碳谷”。该基金投资方向主要围绕产业链配置创新、集聚创新要素,强化上下游协同创新,专注于国内外石墨烯产业技术创新、项目孵化、产品开发及上下游关键应用领域、产业融合的培育和成果转化。投资对象重点投向具备原始创新、集成创新或消化吸收再创新属性、且处于初创期、早中期的拥有自主知识产权或核心技术的创新型企业,投资此类企业的资金比例不低于基金总规模的60%。

投资石墨烯设备公司2016年3月8日晚间公告称,公司拟投资合计7345.45万元,以股权受让及增资方式取得上海碳源汇谷新材料科技有限公司(简称“上海碳源汇谷”)50.5%股权,旨在增强公司在石墨烯领域的实力和影响力上海碳源汇谷是一家专注于石墨烯规模化制备、应用技术开发的企业,其中试生产线生产的石墨烯产品已实现99%以上的单层率,纯度达99.9%;石墨烯/磷酸铁锂电池可满足10C条件下的充放电,即在6分钟内可充满或放空,显著缩短电池的充放电时间,延长了电池使用寿命、提升了电池容量。公司通过自有资金完成对上海碳源汇谷的收购,可以依托目标公司的科研力量和已取得的技术突破,进一步提升公司石墨烯技术水平,加速实现低成本高品质石墨烯制备,帮助公司石墨烯相关应用领域项目快速成长并形成产业能力,大大提高公司石墨烯业务的发展速度,增强公司在石墨烯领域的实力和影响力。上海碳源汇谷在2016年度至2018年度税后净利润分别不低于500万元、1000万元及2000万元。若其中任一年度经审计的净利润无法达到承诺净利润标准时,差额部分由交易对方以现金向目标公司予以补足。

603618 杭电股份流通股：2.63亿股流通值：35.14亿

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与澳大利亚新南创新等合作开展石墨烯领域研究2016年4月公司公告,拟与澳大利亚新南威尔士大学、澳大利亚新南创新有限公司签订合作议定,三方共同研究运用石墨烯提升电力电缆导电性和电网级石墨烯超级电容器的研发和产业化。公司和新南创新分别出资2000万元、500万元设立“浙江杭电石墨烯科技有限公司”。

同中矿能源合作投资石墨烯2015年12月22日晚间公告称，公司于12月21日与中矿能源科技有限责任公司（简称“中矿能源”）签订了《合作框架协议》，双方拟共同与国外石墨烯公司进行技术沟通、商业谈判，对有关项目进行商业、法律、技术等方面的调研评估，确定是否与国外石墨烯公司合作投资相关项目。公司从投资融资、项目运作等方面提供支持，中矿能源从行业情报、技术引进、团队组建等方面提供支持。杭电股份表示，此次协议签订后，公司将获得石墨烯投资资源的机会，有望进一步拓展公司产业链，打造新的利润增长点，为公司做大做强提供支持和保障。

600522 中天科技流通股：21.57亿股流通值：266.8亿

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中天科技2014年6月30日发布公告，公司近日与中国科学院过程工程研究所（以下简称：中科院过程所）签订了战略合作协议，双方决定将结合中天科技市场化能力与过程所科研优势，在石墨烯、纳米材料、节能环保材料、锂电池、空气净化、高压绝缘子及有机无机复合材料等领域开展合作，进行项目产业化对接。公司认为，此举将对推动中天科技转型升级，进入新兴产业，掌握前沿技术，实现新的竞争力具有重大意义。

002471 中超控股流通值：12.58亿股流通值：85.05亿

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2014年4月，常州中超石墨烯电力科技有限公司完成工商注册。2014年1月，公司出资700万元与其他三方一起合作设立石墨烯公司；公司占70%，其他三方各占10%：江南石墨烯研究院出资100万元，西安交大技术成果转移公司以现金或其他方式出资；常州第六元素材料科技公司以提供石墨烯材料方式出资。重点合作内容：以石墨烯材料应用于电线电缆为重点研发方向，开展电线电缆用石墨烯复合材料研发、石墨烯电缆结构设计、工艺设计、中试、产品标准编制备案及成果转化和产业化推广。公司试制生产的“石墨烯包覆采煤机屏蔽橡套软电缆”产品已经取得国家检测中心的检测报告。2014年6月18日，中超电缆午间公告，公司与国家电线电缆质量监督检验中心(TICW)签订了战略合作框架协议。技术合作内容和方法包括，开展石墨烯材料在电缆领域应用的研发及产业化推广，包括石墨烯复合导电高分子材料研发、石墨烯复合半导电材料屏蔽电力电缆研发、产品试验方法研究等。2014年6月20日，公司公告近日收到两份由国家知识产权局颁发的《实用新型专利证书》，专利名称分别为“石墨烯复合高半导电聚乙烯屏蔽电力电缆”和“带石墨烯涂层的架空导线”。2014年7月16日晚间公告，公司“石墨烯复合高半导电聚烯烃屏蔽电力电缆”获国家实用新型专利，该电缆的导体屏蔽层和绝缘屏蔽层采用石墨烯和聚烯烃复合层，能够降低体积电阻率，可提高电缆的运行安全。

002443 金洲管道流通股：5.01亿股流通值：68.21亿

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2016年5月公告称，公司近日与北京鑫碳科技有限责任公司和DDH Advanced Materials &Systems, Inc.(“美国DDH”)签署了《战略合作协议》，三方拟在石墨烯业务领域进行合作。根据合作协议,三方将独家合作，在浙江湖州设立石墨烯管道研发中心，其所有研发成果独立属于该研发中心，研发费用根据实际需要由金洲管道提供,技术成果以优惠价格转移、提供给金洲管道。此外,三方将设立石墨烯材料应用研究院，金洲管道提供研发费用，北京鑫碳主要负责研发，美国DDH提供技术支撑，重点研发石墨烯在军工、新能源领域应用项目，知识产权共享，相关技术成果，同等条件下，金洲管道有优先投资权。

002372 伟星新材流通股：6.80亿股流通值：100.9亿

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2015年11月17日，公司在投资者关系互动平台上表示，石墨烯/

水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法正在申请专利，尚未获批。

600152 维科精华流通股：2.93亿股流通值：32.02亿

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维科精华多次否认公司存在石墨烯项目。据报道，中科院宁波所网站信息显示，动力锂离子电池技术研究中心是与宁波维科电池有限公司共建，由刘兆平研究员负责，主要开展动力锂电池相关技术研究。自从研究中心2009年9月成立以来，双方合作逐渐深入，并已取得初步的成效。而该研究中心设立的初衷之一则是“及时将研究成果产业化”。除此以外，国家知识产权局中外专利数据库服务平台的搜索结果也显示，申请人为“中国科学院宁波材料技术与工程研究所”的有关于石墨烯方面的专利共有4项。维科精华证券事务代表赵姝表示：“我们与中科院宁波所的合作仅限于设备共用，其一切研究成果与我们无关。”

600039 四川路桥流通股：30.20亿股流通值：119.6亿

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2012年12月7日，四川路桥公告与四川南江矿业集团有限公司（简称“南

矿集团”）合作开发南江非金属矿及铜铁矿项目，同意公司和南矿集团以南矿集团的全资子公司新兴公司为平台公司，并用现金对新兴公司增资，以持有新兴公司60%股权，南矿集团在新兴公司中持股比例为40%；并由增资后的新兴公司收购南矿集团所持四川领航石墨制品有限公司和南江县磊鑫矿业有限公司各100%的股权，拟投资金额约14069.29万元。合作方案所涉及新兴公司、领航公司拥有霞石探矿权、钾长石探矿权及石墨采矿权。（针对2014年6月18日公司股价涨停，公司晚间发布澄清公告称，目前，公司石墨烯项目由于矿区范围内存在矿资源保有储量、矿区环保及矿区运输等问题，公司已于去年底向地方政府和南矿集团去函协商解决上述问题。若上述问题不能妥善解决，将造成项目投资成本增加，项目效益达不到预期目标，公司将考虑协商终止合同。）

601877 正泰电器流通股：13.19亿股流通值：278.4亿

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参股海外石墨烯电池公司12016年1月28日晚间公告，公司拟出资合计1800万欧元（约1.26亿元人民币），以股权受让方式获得西班牙公司GRABAT ENERGY, S.L.（“GRABAT”）10%股权，并将在该公司拥有一个董事席位。GRABAT 主要定位为其母公司GRAPHENANO旗下石墨烯电池产业化平台。目前，GRABAT 公司正大力开展石墨烯电池的产业化推广，现在筹备电动摩托车、电动自行车、电动汽车与家庭储能系统等基于石墨烯电池应用的工厂产业化建设，在西班牙耶克拉投资的第一家石墨烯聚合材料电池生产工厂已经完成筹建。电池工厂设有22条生产及组装线，每年计划产出8千万件石墨烯电池片，2016年第三季度将正式投产运行。

参股海外石墨烯电池公司2GRABAT目前已经获得了国际权威认证机构德国TUV与西班牙DEKRA的认证通过，测试结果显示其能量密度可达

1000WH/KG, 是目前锂电池的4倍，并能够达到稳定状态；其主要特点体现在既无记忆功能，也不会因为过度充放电而衰退，电池阴极不产生任何气体，不会爆炸，且不存在发热过快的问题，即使在发生短路40小时的情况下仍能恢复正常工作。该产品的独特属性成倍地提高了同类电池产品的安全性和稳定性。公司通过此次投资与GRABAT、GRAPHENANO 结成最为密切的战略伙伴关系，未来双方拟在西班牙成立合资工厂，生产储能电池核心模块，并在中国境内进行装配、组装储能电池成品，并通过正泰电器在中国境内独家分销石墨烯电池产品，将有利于公司以石墨烯电池储能技术为切入点，抓住可再生能源储能、新能源汽车等战略新兴产业发展机遇，培育新的战略增长点。

002386 天原集团流通股：6.72亿股流通值：48.82亿

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2016年6月3日公司在互动表示，碳素电极项目（增炭剂）已经完成了原料车间的生产调试，对原来的方案进行了优化和调整，终端的大规格炭电极装置项目暂时未建设，正在进行高纯石墨的项目试验（含锂电负极材料），正在把增炭剂和高纯石墨样品提供给用户试用并收集意见反馈。

600503 华丽家族流通股：15.63亿股流通值：147.8亿

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2012年7月，公司披露控股股东南江集团及皙哲投资、中科院宁波材料所、刘兆平研发团队于2012年4月组建宁波墨西科技有限公司，该公司投建的世界上第一条量产石墨烯生产线预计将于2013年建成投产。石墨烯属于高科技新材料，石墨烯产品的成熟并走向产业化还需后续大量的研发和投入。南江集团暂无

将石墨烯项目转让或指定给上市公司的计划。2015年9月，公司拟通过定增全资控股的重庆墨希科技公司获签2万套石墨烯安全手机采购合同，该手机主要面向金融业、政府部门和商务高端人士，今年底交货，销售额3800万元。

300409 道氏技术流通股：0.8846亿股流通值：47.35亿

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2016年1月20日,公司自主研发的一种新石墨烯生产工艺完成中试,并生产出1~5层、1~10层等不同规格的品质高、性能优越的石墨烯产品,该技术将为2016年末投产的100吨/年石墨烯项目提供工艺优化经验;石墨资源储备方面,公司于2015年通过拍卖方式取得七台河市东润石墨探矿权,总勘查面积16.35平方公里,2015年5月开始勘探工作。截止2015年12月31日,在不到5平方公里的已勘探面积内,探明石墨矿体56条,发现矿石量约4145万吨,晶质矿物量约310.88

万吨,属大型矿区,七台河市东润石墨矿区将为公司发展石墨烯及石墨精深加工项目提供充足的原料保障。公司2015年年报披露,100吨/年石墨烯及东润石墨矿开采项目于2015年8月开工,已累计完成投资2164万元。

000677 恒天海龙流通股:8.64亿股流通值：49.76亿

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2014年9月10日，公司在互动平台披露，石墨烯/再生纤维素共混纤产品项目已经有关专利监管部门鉴定完毕，后续有针对该纤维产品的功能性测试，因尚未有足够市场需求，目前未有批量生产计划。

600516 方大炭素流通股：17.19亿股流通值：170.2亿

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拟建全球最大特种石墨生产基地2011年7月,公司以不低于12.16元/股定向增发不超过2.315亿股,募资不超过28.15亿元,用于投资总额约21亿元(定向增发募资18亿元+节余募资3.06亿元)建设3万吨/年特种石墨制造与加工项目。项目建设期22个月,税后内部收益率26.08%,静态投资回收期5.97年。募投项目完成后,公司将建成全球最大的特种石墨生产基地,针状焦及超高功率石墨电极的

综合产能也将位居全球炭素企业首位。2015年中报披露,截至2015年6月30日,该项目前期工程已启动,已投入募集资金3855.44 万元和公司2008 年度非公开发行募集资金结余10315万元。

特种石墨+优质针状焦则发展前景特种石墨作为具备多种优良特性的炭素新材料，被广泛应用于半导体，光伏太阳能，电火花及模具加工，核能，冶金，航天等众多领域。未来一段时期内，随着我国半导体，光伏太阳能，电火花及模具加工，核电等产业的加快发展，特种石墨的市场需求将呈现快速增长态势，尤其是大规格，细粒度特种石墨将具有良好的市场前景。优质针状焦则是超高功率石墨电极的主要原材料，目前我国仍主要依赖进口。未来，我国钢铁行业电炉钢比例将逐步提高，尤其是大型超高功率炼钢电炉将明显增加，预计对超高功率石墨电极的需求将快速增长，相应的对优质针状焦需求也将持续增加。同时，公司自身每年对针状焦的需求就达到近10万吨，由于供应不稳定，已成为公司超高功率石墨电极产量的制约因素，也直接影响了公司的盈利能力。

600735 新华锦流通股：3.76亿股流通值：57.15亿

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大股东新华锦集团拥有丰富的石墨矿产资源，与青岛大学重点实验室合作制备出石墨烯。（新华锦表示石墨烯是新华锦集团的资源，与上市公司无关，目前也未知集团有将其资产注入上市公司的计划。）

600175 美都能源流通股：14.48亿股流通值：75.73亿

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公司2015年12月3日晚间公告称，根据公司“能源主导（传统能源+新能源）、金融创新”的战略定位，公司拟分别投资10亿元和5亿元设立全资子公司美都金控、美都墨烯。根据公告，美都墨烯将作为公司从事新能源产业的发展平台，承担主要职能包括：研发、生产（通过收购兼并或新建的方式，快速进入生产领域）、应用（重点围绕石墨烯在锂离子电池和超级电容器中的应用，组织开展有关新材料、新技术的研发，为公司开展石墨烯储能材料的产业化生产做好技术储备）。

000532 力合股份流通股：3.43亿股流通值：62.89亿

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2013年7月公司披露，目前没有直接参与石墨烯生产业务，但间接参股(1.679%)的常州二维碳素主要从事石墨烯透明导电薄膜材料的研发与生产。该公司经营范围包括应用于触摸屏、太阳能电池、柔性电子、OLED等领域透明电极的石墨烯薄膜材料的研发、技术服务、技术咨询；电子产品销售。但需要根据市场需求决定具体产量，经营业绩尚无法预测。

002092 中泰化学流通股：12.42亿股流通值：118.3亿

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对外投资-厦门凯纳石墨烯技术有限公司2013年7月，为积极推进公司产品结构调整和产业升级，利用石墨烯特性改善PVC性能，涉足石墨烯技术开发、应用及其衍生产品领域。公司拟用自筹资金1,412.78万元向厦门凯纳石墨烯技术有限公司投资，持有厦门凯纳增资后注册资本的35%。厦门凯纳是国内首批从事石墨烯、石墨烯微片生产研发的新兴专业化高科技企业，注册资本100万元，目前，厦门凯纳石墨烯的小试已经成功，正在积极开展中试。

300128 锦富新材流通股：3.13亿股流通值：53.24亿

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2013年8月，公司以800万元分两期增资苏州格瑞丰，第一次增资400

万元，增资后占17.66%；第二期增资400万元，增资后占25%。苏州格瑞丰主要从事石墨烯制备及应用研究，拥有8项专利；目前尚未实现石墨烯规模化制备及应用。其创业团队有多年石墨烯等碳材料的研发经验，产品品质与性能处于国内外较高水平，市场拓展方面已经有了较好的布局，预期具有较好的投资收益。其石墨烯下游应用项目实施，公司拥有优先投资权。苏州格瑞丰2012年和2013年1-6月营业收入都为0元、净利润分别为-3014.57元和-29830.81元。本次公司增资苏州格瑞丰将有助于公司培育于上游材料领域新的利润增长点，以及进一步推进后续石墨烯于电子行业新型材料研发、特种3D打印制备工艺及设备研制工作。

000928 中钢国际流通股：4.13亿股流通值：54.66亿

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中钢吉炭是全国最大的综合性炭素制品生产企业、国际炭素四强企业；是中国炭素行业新产品研究开发中心、新技术应用中心、产品检测中心；是集生产、经营、研发于一体的国际化大型企业。主要产品有石墨电极、石墨阳极、炭块、特种炭制品、炭纤维制品等，广泛应用于冶金、化工、机械、电子、航天、军工、医疗及新材料等领域。公司所在吉林也是我国重要石墨产地。

300068 南都电源流通股：5.81亿股流通值：138.5亿

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公司向国家知识产权局申请了“一种含有铅石墨烯复合材料的铅炭电池负极板”和“一种铅石墨烯复合材料”两项发明专利，通过该技术，将铅石墨烯复合材料应用于铅炭电池负极板，实现铅粉与石墨烯碳材料的均匀混合，有效缓冲瞬间大电流，抵制负极表面的硫酸盐化，提高负极充电接受能力，显著改善电池的循环性能。

600805 悦达投资流通股：8.49亿股流通值：80.25亿

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新材料石墨烯业务全资子公司江苏悦达新材料主要从事石墨导热膜的生产销售,石墨烯及其下游产品研发,目前主要与上海第二工业大学合作研发、试制石墨烯及石墨相关产品。2014年5月,公司向全资子公司悦达新材料增加注册资本4.3亿元(其中3.75亿元用于卡特新能源60%股权收购和定向增发,0.55亿元补充流动资金和项目发展),增资完成后,注册资本为4.5亿元。2015年,悦达新材料公司本部销售石墨导热膜86721 平方米,市场份额约占4.5%,同比增长18 倍,完成年度计划40.91%;实现销售收入926.62万元,同比增长10.3倍;石墨导热膜销售成本处于倒挂状态,因收到张伟明补偿款2400万元及政府补贴,实现净利润903.73万元。

300088 长信科技流通股：10.99亿股流通值：159.5亿

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公司近日在互动平台表示，石墨烯实验室是公司与上海师范大学联合成立，主要是研发电池材料和电子油墨两个方面。

300207 欣旺达流通股：4.34亿股流通值：105.9亿

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2016年4月，公司与南开大学签署了《技术开发合作合同》，双方就“石墨烯等新型电化学储能器件材料及其关键技术”项目事宜进行全方位合作。协议内容包括双方共建“石墨烯新能源材料联合研发中心”等。公司还公告，拟

使用自有资金1亿元，在深圳市南山区设立全资子公司深圳市欣旺达综合能源服务有限公司。

600482 中国动力流通股：5.24亿股流通值：173.9亿

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公司近日在互动平台表示，石墨烯实验室是公司与上海师范大学联合成立，主要是研发电池材料和电子油墨两个方面。

600869 智慧能源流通股：19.80亿股流通值：192.5亿

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公司申报的“端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆、屏蔽料及其制造方法”获得国家发明专利，为加快拓展国内外市场创造良好基础。

有机功能化石墨烯的制备及其应用

有机功能化石墨烯的制备及其应用张丽园1，2 ，姚远 2 （1.蚌埠学院应用化学与环境工程系，安徽蚌埠233000； 2.合肥工业大学化工学院，合肥230009）摘要：石墨烯是一种新型的二维平面纳米材料，其所具有的单原子层结构使它拥有许多新奇的特性，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点。然而由于石墨烯易于团聚堆积成石墨，不能均匀的分散在基体中，这很大程度上限制了它的应用。为了将石墨烯与其它物质有效复合，充分发挥其在电子学、生物医学、催化、传感器、储能等领域的优良特性，对其进行功能化改性是有效的方法之一。着重介绍了石墨烯有机功能化制备方法及其应用的最新研究进展，并对石墨烯的功能化发展方向进行了展望。关键词：石墨烯；氧化石墨；有机功能化；表面改性中图分类号：O6－1文献标志码：A 文章编号：1671－380X （2012）08－0016－05Preparation and Application of Organo －Functionalized Graphene ZHANG Li －yuan 1，2 ，YAO Yuan 2 （1.Department of Chemistry and Environmental Engineering ，Bengbu College ，Bengbu 233000，China ； 2.School of Chemical Engineering Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ） Abstract ：Graphene is a novel two －dimensional nanomaterial with a flat monolayer of carbon atoms structure ，which has contributed to its unique features.Since it had been discovered in 2004，the graphene has attracted a great deal of attention worldwide in the sciences ，and became the focus of the researches all over the world.How-ever ，the structure of the graphene has lots of limitations in the applications in compounding with other materials ，and restricted its wide usage.To materialize the prospect applications as much as possible in the field of electron-ics ，biomedicine ，catalysis ，sensors ，energy storage etc.The key is to ograno －functionalized graphene in a con-trolled way.This paper emphasized on some common preparations and the applications of organo －functionalized graphene.Besides ，the developing trend of organo －functionalizing of graphene was forecasted.Key words ：Graphene ；Graphene Oxide ；Organic Functionalize ；Surface Modification 1 引言石墨烯是一种新型的具有单原子层结构的二维平面纳米材料，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点［1］。其独特的二维蜂窝状晶格结构，使其拥有许多新奇的特性，如：较高的杨氏模量（ 1100GPa ）、载流子迁移率（2?105cm 2/（V ·s ））、热导率（ 5000J /（m ·K ·s ））和比表面积（理论值2630m 2/g ），还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象［2］，这些特性使得石墨烯在纳米电子学、纳米复合物、氢气超级电容器等领域有着广泛潜在的应用［3］；其特有的单原子层结构和较大的表面积的特性还可使其在生物医学方面得到应用［4］。然而理想石墨烯易团聚堆积成石墨形态，并不利于与其它物质进行复合，使其的应用受到了大幅限制。为了解决这个问题，石墨烯的有机功能化改性是非常有效的方法，极大地拓展了石墨烯的应用领域。基于材料化学的角度，对石墨烯的表面有机改性及其应用等方面进行简要的综述。 · 61·第34卷第8期2012年8月宜春学院学报 Journal of Yichun College Vol.34，No.8Aug.2012 * 收稿日期：2012－05－31 基金项目：安徽省高等学校自然科学基金（KJ2009B212Z ）。作者简介：张丽园（1980－），男，安徽凤阳人，博士生，主要从事绿色化学和材料学研究。

石墨烯纳米带的制备及其应用

石墨烯纳米带的制备及其应用： [1]于璇,刘一,叶雨萌,肖胜雄.石墨烯纳米带的制备方法[J].上海师范大学学报(自然科学版),2018,47(05):539-551+508. 石墨烯是一种二维大平面结构, 为了维持其自身的稳定, 很容易产生皱褶、起伏等结构缺陷.因此, 近年来研究者们开始着重研究石墨烯不同形态的衍生物.其中, 石墨烯纳米带(GNRs) 成为继CNTs之后被广泛关注的一类准一维碳基纳米材料.GNRs是指宽度小于50 nm的石墨烯条带, 其理论模型最初于1996年由FUJITA等[3,4,5]提出, 以检查石墨烯中的边缘和纳米级尺寸效应.由于其具有高载流子迁移率, 石墨烯也被公认为是纳米电子学未来最有应用前景的材料之一.尽管如此, 在纳米电子学中利用石墨烯的最大挑战之一就是其缺乏足够大的带隙[6].因为没有带隙, 则难以关闭石墨烯场效应晶体管(FETs) , 导致较小的开关比, 所以石墨烯不能直接应用于晶体管.要想在打开石墨烯带隙的同时保证其载流子迁移率不下降, 最好的办法就是将石墨烯裁剪成宽度较小的GNRs.当材料的尺寸变得等于材料中电子运动的特征长度时, 材料的性质在很大程度上取决于其尺寸和形状.GNRs结构引起的量子限域可以引入相当大的带隙, 使得GNRs可以应用于纳米电子学中.虽然GNRs不具有石墨烯那样易于器件化的平面结构, 但它继承了石墨烯的许多优异性质, 且由于GNRs特殊的边缘限域效应, 从而使其具有比石墨烯更灵活的可调节性质和更大的实用价值. 1.1 自上而下的制备方法到目前为止, 人们对石墨烯的制备方法进行了各种研究, 取得了很多进展, 其基本思路可以分为两种:一种是以天然石墨为原料, 从大到小剥离得到单层的石墨烯材料;另一种是从碳原子出发, 从小到大合成GNRs.但如何大批量的制备高质量石墨烯, 仍然是学术界急需解决的问题. 自上而下的方法是目前较成熟的方法之一, 该方法是把大的GNRs、石墨烯晶体、CNTs 等通过一系列的方法变成所需尺寸的纳米带.这种方法不能提供均匀的超窄带宽度和原子级精确边缘, 但是相比于自下而上的制备方法可以大规模的合成GNRs.如图4所示, GNRs的制备方法可以简单总结为几种[12]: (a) 多壁碳纳米管(MWCNTs) 的嵌入-剥离方法, 包括在液态NH3和Li中进行处理, 以及随后使用HCl和热处理的剥离方法; (b) 化学途径方法, 涉及可能破坏碳-碳键的酸反应, 例如硫酸(H2SO4) 和高锰酸钾(KMnO4) 作为氧化剂; (c) 催化方法, 其中金属纳米粒子像剪刀一样纵向“切割”CNTs; (d) 电学方法, 让电流通过CNTs; (e) 物理化学方法, 将CNTs嵌入聚合物基质中, 然后进行Ar等离子体处理, 得到的结构是展开的碳纳米管, 如图4 (f) 所示, 进一步得到GNRs.下面将具体从解卷CNTs法、催化反应解离石墨烯法和石墨烯刻蚀法等方法详细介绍如何制GNRs. 1.1.1 解卷CNTs法由于GNRs在结构上与CNTs相关, CNTs可以被视为卷起的GNRs, 因此可以通过纵向拉开CNTs来合成GNRs.而解卷CNTs的方法多种多样, 目前比较成熟的就是将CNTs通过一定的方式变成GNRs.解卷CNTs是利用外界作用将管状CNTs切割成带状GNRs的方法.该方法工艺简单、成本低廉, 并且所得GNRs尺寸均一、边缘平整、缺陷低, 因此在大规模制备高质量GNRs领域呈现具体广阔前景.CNTs是圆柱形碳同素异形体, 有明确且可控的直径, 这使得它们成为精确尺寸GNRs的合适前体. KOSYNKIN等[14]报道了一种基于溶液的氧化工艺以打开MWCNTs.他们首先将MWCNTs悬浮在浓H2SO4中, 然后用KMnO4处理, 将混合物在室温下搅拌1 h, 然后在55~70℃下再加热1 h.该过程完成之后, 纳米带的边缘和表面上都会出现含氧物质, 例如环氧

石墨烯的制备、结构、性能及应用前景

石墨烯的制备、结构、性能及应用前景摘要：石墨烯由于其特殊的结构、性能，引起了科学家的关注。本文对其结构及性能进行了简要分析，综合了一些常见的石墨烯制备方法，如微机械剥离法、取向附生法、化学气相沉淀法（CVD法）等，并进行了简要对比分析。最后结合了当前石墨烯与石墨烯复合材料的制备、医药领域的应用及其在电化学领域应用，展望了石墨烯的未来发展前景。关键词：石墨烯，制备方法，应用自2004年Novoselov和Geim等发现石墨烯以后，近来石墨烯成为科学界研究的热点话题[1]。石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，每个碳原子以sp2杂化形成共价键的方式与另外3个碳原子相连，继而排列成为蜂窝状的晶格，每个碳原子上剩余的1个p轨道，垂直与晶格平面杂化形成*π带( 导带) 和π带( 价带)，控制着晶格面内的导电现象，其基本机构为有机材料中最稳定的苯六元环，这种特殊的二维结构导致石墨烯展现出各种特殊的性能，其独特的晶体结构特征吸引了科学家们的广泛关注[2]。石墨烯的理论厚度仅为0.35nm，是目前发现最薄的二维材料。石墨烯可以包裹形成零维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管，同样也可以层层堆叠成三维的石墨。石墨烯中的各个碳原子之间的连接十分柔韧，当对其施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而碳原子不用重新排列，就保持了该材料结构的稳定性。另外，石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。石墨烯的制备问题也就自然浮现，最初采用的微机械剥离制备的石墨烯，具有优异的物理性质，为物理学研究提供了平台。然而微机械剥离制备的石墨烯产量低，难于实现大量生产。为了大量制备高质量石墨烯，科

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

石墨烯论文正稿

石墨烯研究进展雷洪（中国矿业大学化工学院江苏徐州 221116）摘要：石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，由于碳原子组成的特殊结构使得石墨烯拥有一系类特殊性能，包括特殊的导热性质，电学性质，力学性质等等。特殊的性质使得石墨烯有在很多领域发展的潜力，因此引起了科学界的广泛关注，本文介绍了石墨烯的一些制备方法，性质和应用领域。关键词：石墨烯制备方法特性应用领域 Advances in graphene research LEI hong (China University of Mining and technology，SCET Xuzhou Jiangsu 221116) Abstract：Graphene is a new material consisting of a single layer of carbon atoms sheet structure，Because of the special structure of carbon atoms makes graphene has a series of special class performance，Including special thermal properties，electrical properties and mechanical properties, etc. Special properties make graphene has the potential in many areas of development，so，it attracted wide attention in the scientific community. This article describes some of graphene preparation methods properties and applications. Keywords：graphene preparation methods properties application areas 0引言自2004年Novoselov，K．S．等使用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离观测到石墨烯（Graphene）以来，碳元素同素异形体又增加了新的一员.随着2010年诺贝尔物理奖颁给英国曼彻斯特大学51岁的俄裔荷籍教授安德烈.海姆和曾是他的博士生36岁的俄裔英、俄双重国籍的教授康斯坦丁.诺沃肖洛夫之后，“石墨烯”这一专业名词突然进入人们的眼帘，其独特的性能和优良的性质引起了研究人员的极大关注，掀起了一波石墨烯的研究高潮。碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特

石墨烯纳米材料及其应用

墨烯纳米材料及其应

二?一七年十二月

摘要 ................. 错误!未定义书签 1引言................ 错误!未定义书签 2石墨烯纳米材料介绍......... 错误!未定义书签 3石墨烯纳米材料吸附污染物...... 错误!未定义书签金属离子吸附........... 错误!未定义书签有机化合物的吸附......... 错误!未定义书签 4石墨烯在膜及脱盐技术上的应用..… 错误!未定义书签石墨烯基膜............ 错误!未定义书签采用石墨烯材料进行膜改进..... 错误!未定义书签石墨烯基膜在脱盐技术的应用??… 错误!未定义书签5展望................ 错误!未定义书签

石墨烯因为其独特的物理化学方面的性质，特别是其拥有较高的比表面积、较高的电导率、较好的机械强度和导热性，使其作为一种新颖的纳米材料赢得了越来越广泛的关注。关键词：石墨烯；碳材料；环境问题；纳米材料 1引言随着世界人口的增长，农业和工业生产出现大规模化的趋势。空气，土壤和水生生态系统受到严重的污染；全球气候变暖等环境问题正在成为政治和科学关注的重点。目前全球已经开始了解人类活动对环境的影响，并开发新技术来减轻相关的健康和环境影响。在这些新技术中，纳米技术的发展已经引起了广泛的关注。纳米材料由于其在纳米级尺寸而具有独特的性质，可用于设计新技术或提高现有工艺的性能。纳米材料在水处理，能源生产和传感方面已经有了诸多应用，越来越多的文献描述了如何使用新型纳米材料来应对重大的环境挑战。石墨烯引起了诸多研究人员的关注。石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料，其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯还具有特殊的电光热特性，包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度, 被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。在环境领域，石墨烯已被应用于新型吸附剂或光催化材料，其作为下一代水处理膜的构件，常用作污染物监测。 2石墨烯纳米材料介绍单层石墨烯属于单原子层紧密堆积的二维晶体结构（）。在石墨烯平面内，碳原子以六兀环形式周期性排列，每个碳原子通过C键与临近的二个碳原子相连，S Px和Py三个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构，具有120° 的键角。石墨烯可由石墨单层剥离而产生，最初是通过微机械剥离，使用胶带依次将石墨粘黏成石墨烯来实现。Geim和Novoselov

石墨烯研究现状及应用前景

石墨烯材料研究现状及应用前景崔志强（重庆文理学院材料与化工学院，重庆永川402160）摘要：近几年来, 石墨烯材料以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了轰动。本文引用大量最新的参考文献,阐述了石墨烯的制备方法如机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法、石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法等，分析了各种制备方法的优缺点。论述了石墨烯材料在透明电极、传感器、超级电容器、能源储存、复合材料等方面的应用，同时简要分析了石墨烯材料研究的现实意义，展望了其未来的发展前景。关键词：石墨烯材料；制备方法；现实意义；发展现状；应用前景中图分类号: TQ323 文献标识码:A 文章编号: Research status and application prospect of graphene materials Cui Zhiqiang (Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160) Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties. Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods. This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development. Keywords: graphene materials; preparation methods; practical significance; development status; application prospect 0 引言 1985 年英美科学家发现富勒烯[1]和1991 年日本物理学家Iijima 发现碳纳米管[2]，加之英国曼彻斯特大学科学家于2004 年成功制备石墨烯[3]之后，金刚石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳系材料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪”出不同形状的薄片，进一步就可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆叠成三维的石墨，如图1 所示[4]。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科学领域的研究热点之一。2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5-6]之后，人们对石墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现。在不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率[7]等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料方面有着很高

石墨烯的化学气相沉积法制备_图文(精)

收稿日期:2010 12 31; 修回日期:2011 02 14 基金项目:国家自然科学基金(50872136,50972147,50921004、中国科学院知识创新项目(K J CX 2 YW 231. 通讯作者:任文才,研究员.E m ai:l w cren@i m r .ac .cn;成会明,研究员.E m ai:l chen g @i m r .ac .cn ;高力波.E m ai:l l bgao @i m r .ac .cn 作者简介:任文才(1973-,男,山东东营人,博士,研究员,主要研究方向为石墨烯和碳纳米管的制备、物性和应用. E m ai:l w cren @i m r .ac .cn 文章编号: 1007 8827(201101 0071 10 石墨烯的化学气相沉积法制备任文才, 高力波, 马来鹏, 成会明 (中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合实验室,辽宁沈阳110016 摘要: 化学气相沉积(CVD 法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、S i C 外延生长法和CV D 方法的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CV D 法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD 法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。关键词: 石墨烯;制备;化学气相沉积法;转移中图分类号: TQ 127.1+1 文献标识码: A 1 前言自从1985年富勒烯[1] 和1991年碳纳米管[2]

《石墨烯相关知识》word版

石墨烯石墨烯（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维材料。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(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，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。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10- 6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料（仅限常温下，肯定比不过超导）。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。石墨烯被期待可用来发展出更薄、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。石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的 graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的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，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路. 发现历史在本质上，石墨烯是分离出来的单原子层平面石墨。按照这说法，自从20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，V. Kohlschütter 和 P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。1948年，G. Ruess 和 F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）图像。

石墨烯(论文)

石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究内蒙古工业大学化学工程与工艺徐涛 010051 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碳! 热潮。分析了近1 年来发表在Science、Nature 等期刊上的关于石墨烯的论文, 对石墨烯制备、表征及应用方面的最新进展进行了综述, 并对各种制备技术及表征手段进行了分析评价。关键字: 石墨烯, 制备, 表征, 应用, 石墨烯氧化石墨烯(GO) 功能化石墨烯传感器碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料, 它可以形成硬度较大的金刚石, 也可以形成较软的石墨. 近20 年来, 碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域, 1985 年发现的富勒烯[1]和1991 年

发现的碳纳米管(CNTs)[2]均引起了巨大的反响, 兴起了研究热潮. 2004 年, Manchester 大学的Geim 小组[3]首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶体——石墨烯. 石墨烯的发现, 充实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系. 石墨烯是由碳原子以sp2 杂化连接的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 其理论厚度仅为0.35 nm, 是目前所发现的最薄的二维材料[3]. 石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元, 可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs[4-5]或者堆垛成三维的石墨(图1). 这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象, 使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质, 如石墨烯的强度是已测试材料中最高的, 达130 GPa[6], 是钢的100 多倍; 其载流子迁移率达1.5×104 cm2〃V-1〃s-1 [7], 是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2 倍, 超过商用硅片迁移率的10 倍, 在特定条件下(如低温骤冷等), 其迁移率甚至可高达2.5×105 石墨烯的热导率可达5×103W〃m-1〃K-1, 是金刚石的3 倍[. 另外, 石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall effect)[10]及室温铁磁性[11]等特殊性质. 石墨烯的这些优异性引起科技界新一轮的“碳”研究热潮, 已有一些综述性文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道.,本文仅根据现有的文献报道对石墨烯的制备方法、功能化以及在化学领域中的应用作一综述

石墨烯的十大用途

For personal use only in study and research; not for commercial use 石墨烯的十大用途石墨烯是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。美国一位工程师杰弗雷用形象地比喻了石墨烯的强度：将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，如想用一支铅笔戳穿它，需要一头大象站在铅笔上。这么薄而又坚硬的石墨烯有什么用途呢？ 1、制造下一代超级计算机。石墨烯是目前已知导电性能最好的材料，这种特性尤其适合于高频电路，石墨烯将是硅的替代品，可用来生产未来的超级计算机，使电脑运行速度更快、能耗降低。 2、制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来，那时卫星就成了有线的风筝，科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料，这就是石墨烯。 3、可作为液晶显示材料。石墨烯是一种“透明”的导体，可以用来替代现在的液晶显示材料，用于生产下一代电脑、电视、手机的显示屏。 4、制造新一代太阳能电池。石墨烯透明导电膜对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性，是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料。 5、制造光子传感器。去年10月，IBM的一个研究小组首次展示了他们研制的石墨烯光电探测器。 6、制造医用消毒品和食品包装。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用石墨烯的这一特性可以制作绷带，食品包装，也可生产抗菌服装、床上用品等。 7、创制“新型超强材料”。石墨烯与塑料复合，可以凭借韧性，兼具超薄、超柔和超轻特性，是下一代新型塑料。 8、石墨烯适合制作透明触摸屏、透光板。 9、制造晶体管集成电路。石墨烯可取代硅成为下一代超高频率晶体管的基础材料，而广泛应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。 10、制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，具有军事用途。

浅谈石墨烯的发展与应用

浅谈石墨烯的发展与应用碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。自1985年富勒烯和1991年碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了碳系家族。碳的零维、一维、三维结构材料已经被实验证实可以稳定存在的，那二维的理想石墨烯(Graphene)片层能自由存在吗？关于准二维晶体的存在性，科学界一直存在争论。早先科学家认为，准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解或拆解，长程有序结构在无限的二维体系中无法维持。但单层Graphene作为研究碳纳米管的理论模型得到了广泛的关注。直到2004年，英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等用一种极为简单的方法剥离并观测到了自由且稳定存在的单层Graphene，掀起了一场关于Graphene理论与实验的研究新热潮。Graphene 是材料科学和凝聚态物理学领域的一颗迅速上升的新星。尽管一般的材料要等到商业产品的出现，其应用价值才能被肯定，但是Graphene在基础科学中的重要性却无需更多的证明。虽然Graphene走过的历史很短，但是这种严格的二维材料具有特殊的晶体学和电学性质，并且在应用方面有可预见的价值。一、Graphene的结构 Graphene是由碳原子六角结构（蜂窝状）紧密排列的二维单层石墨层。每个碳原子通过σ键与其它三个碳原子连接，由于每个碳原子有四个价电子，所以每个碳原子又会贡献出一个未成键的π电子。这些π电子在晶体中自由移动赋予了Graphene良好的导电性。同时，Graphene还可以包成0维富勒烯，卷成1维碳纳米管，叠成3维石墨，它是众多碳质材料的基元，如果对Graphene有更深入的了解，就有可能依照人们的意愿定向制备某种需要的碳质材料。在此有一点需要说明，Graphene层并不是完全平整的，它具有物质微观状态下固有的粗糙性，表面会出现起伏如波浪一般。这种褶皱会自发的产生并且最大厚度可达到0.8nm，也有一种观点认为褶皱是由于衬底与Graphene相互作用导致的，具体原因还在进一步研究中。在回顾关于Graphene早先的工作之前，定义什么是2维晶体是很有用的。很显然，单原子薄层是2维晶体，100个单原子层的叠加可以认为是一个薄的3维材料。但是具体多少层才算是3维材料？对于Graphene，这个问题变得比较明朗。众所周知，电子结构随着层数的变化而迅速演变，10层的厚度就可以达到3维石墨的限制要求。在很好的近似下，单层和双层Graphene都有简单的电子光谱：它们都是具有一种电子和一种空穴的零带隙的半导体（亦即零交叠半金属）。对于三及三以上数目的薄层，光谱将变得复杂：许多电荷载体出现，导带和价带也明显的交叠。这一条件就将Graphene区分成三类：单、双、多（3到<10）层Graphene，更厚的结构可以被认为是薄层的石墨。二、Graphene的性质虽然有很多新的2维材料，但是目前几乎所有的试验和理论的成果都集中在Graphene上，而忽略了其它2维晶体的存在。对Graphene的这种偏爱是否公

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

解读石墨烯四大应用领域

石墨烯四大应用领域全解读石墨烯(Graphene)又称单层墨，是一种新型的二维纳米材料，是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。因其特殊纳米结构和优异的物理化学性能，石墨烯在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。石墨烯相关专利开始呈现爆发式增长(2010 年353 件，2012年达1829 件)。总体看来，石墨烯技术开始进入快速成长期，并迅速向技术成熟期跨越。全球石墨烯技术研发布局竞争日趋激烈，各国的技术优势正在逐步形成。石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈;杰姆和克斯特亚;诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。石墨烯应用领域中科院近期发布的一份报告指出，石墨烯的研究和产业化发展持续升温，从石墨烯专利领域分布来看，其应用技术研究布局热点包括：石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等。主要集中在如下四个领域： (一)传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA 电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000 倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。 (二)储能和新型显示领域。石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料，三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构，得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极，光电转换效率达到7.8%，且价格低廉，有望取代铂在太阳能电池中的应用。东芝公司研发出石墨烯与银纳米线复合透明电极，并实现了大面积化。 (三)半导体材料领域。

石墨烯纳米带的研究进展_李婧

图1 GNRs的TEM照片[4] 基金项目：河北省高校重点学科建设项目资助；河北省高等学校科学技术研究青年基金(No.Q2012111)；河北省自(NO.E2013210011)；河北省大学生创新创业训练计划项目；河北省高校重点学科建设项目资助。

人员深入研究GNRs 的高效制备方法开启了一扇大门。James 小组认为，他们制备的GNRs 可用于柔韧触摸屏、太阳能电池板、以及制成轻薄导电纤维，以取代笨重的铜线，进而用于航空航天领域。本文对GNRs 的典型制备方法进行了综述，并比较各种方法的优劣，最后对GNRs 的应用进行了介绍，对其未来进行了展望。 1 GNRs 的制备方法清楚的看到剥离的GNRs 一端连接导电电极，一端是脱离的CNTs 内心。并且产生的GNRs 随着电压的增加，电导率也增加，这为它成为电学材料提供了很好的应用前景。这种方法生成的GNRs 宽度分布均匀(45nm 左右)，含杂质量低，如果有效实现批量快速生产，有望实现高质量GNRs 的宏量制备。 1.1.2混酸切割CNTs 法 CNTs 具有与石墨相同的晶体结构，CNTs 的发现远早于石墨烯和 GNRs，并且CNTs 非合成技术现在已经成熟。Zhang 等人提出，切割垂直排列的CNTs 获得的GNRs 有许多优异的电学性质，可用于超级电容器。纵向切割和压制管状CNTs 制成GNRs，这种方法通过控制CNTs 的长度和直径进而控制所需GNRs 的尺寸，从而制备出所需的各种规格GNRs，这种方法操作简单方便，得到的GNRs 边缘光滑。James [5]小组用高锰酸钾和硫酸混合处理CNTs，沿着一个轴心将纳米管打开可以得到宽度在100～500nm 的GNRs，如图3所示。这种方法虽然可以制备大量的GNRs，但是得到的GNRs 不是半导体，应用上有一定限制。 1.1.3钾气裂解CNTs 法催化法是利用化学沉积或磁控溅射把催化的纳米颗粒分散到CNTs 的表面上，在某些特定的气体（如H 2）氛围下进行加热。在纳米粒子的催化下，气体分子会和CNTs 表面的碳原子反应而使得CNTs 裂解产生GNRs。这种方法相对比较简单，但是会影响产物的性质。后来，Kosynkin 等人用气态钾来做催化剂，在250℃真空环境下催化裂解CNTs，得到了边缘连接着钾的GNRs，用乙醇质子化处理后可以得到质量有所提高的边缘钝化的GNRs。图2 电解CNTs 制备石墨烯过程示意图 [6] 图3 CNTs 逐级拉开形成GNRs 的示意图 [4] 1.1 切割CNTs 法 1.1.1电极切割CNTs 法在非常高的电偏压下，碳纳米管(CNTs)会显示出超塑[5]。Kim K [6]等人提出了用电流诱发CNTs 裂解制备GNRs 的方法。在真空下，利用电极的移动，促使CNTs 外层裂解。如图2所示，在电极的移动下，通过对电偏压的控制使CNTs 外层被裂解，移除的内心成为一个新的CNTs，剩下的GNRs 完全悬浮在真空中。在图2 中，我们可以