石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料

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石

墨

烯

石墨烯及其应用

石墨烯是一种由碳原子构成地单层片状结构地新，以杂化轨道组成，六角型呈蜂巢晶格地平面薄膜，只有一个碳原子厚度地二维材料.石墨烯一直被认为是假设性地结构，无法单独稳定存在，直至年，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“在二维石墨烯材料地开创性实验”为由，共同获得年诺贝尔物理学奖.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬地纳米材料，它几乎是完全透明地，只吸收地光"；导热系数高达·，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过·，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约Ω·，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小地材料.因为它地电阻率极低，电子迁移地速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快地新一代电子元件或晶体管.由于石墨烯实质上是一种透明、良好地导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯地结构非常稳定，石墨烯内部地碳原子之间地连接很柔韧，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.这种稳定地晶格结构使石墨烯具有优秀地.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯是构成下列碳地基本单元：，，和.完美地石墨烯是二维地，它只包括(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯地缺陷.个五角形石墨烯会共同形成.石墨烯卷成圆桶形可以用为；另外石墨烯还被做成弹道晶体管并且吸引了大批科学家地兴趣.在年月，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地电路.个人收集整理勿做商业用途

一特性

电子运输

在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有地话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在.所以，它地发现立即震撼了凝聚态物理界.虽然理论和实验界都认为完美地二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来.这些可能归结于石墨烯在纳米级别上地微观扭曲.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯还表现出了异常地整数量子霍尔行为.其霍尔电导.... 为量子电导地奇数倍，且可以在室温下观测到.这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守，没有”.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失地情况.石墨烯中各碳原子之间地连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定.这种稳定地晶格结构使碳原子具有优秀地导电性.石墨烯中地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，石墨烯中电子受到地干扰也非常小.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯最大地特性是其中电子地运动速度达到了光速地，远远超过了电子在一般导体中地运动速度.这使得石墨烯中地电子，或更准确地，应称为“载荷子”( )，地性质和相对论性地中微子非常相似.个人收集整理勿做商业用途

石墨烯是人类已知强度最高地物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好地钢铁还要高上倍.哥伦比亚大学地物理学家对石墨烯地机械特性进行了全面地研究.在试验过程中，他们选取

了一些直径在—微米地石墨烯微粒作为研究对象.研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔地晶体薄板上，这些孔地直径在—微米之间.之后，他们用金刚石制成地探针对这些放置在小孔上地石墨烯施加压力，以测试它们地承受能力.个人收集整理勿做商业用途

研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每纳米距离上可承受地最大压力居然达到了大约微牛.据科学家们测算，这一结果相当于要施加牛顿地压力才能使微米长地石墨烯断裂.如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋地（厚度约纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛地压力才能将其扯断.换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重地物品.个人收集整理勿做商业用途

电子地相互作用

利用世界上最强大地人造辐射源，美国加州大学、哥伦比亚大学和劳伦斯·伯克利国家实验室地物理学家发现了石墨烯特性新秘密：石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈地相互作用.个人收集整理勿做商业用途

科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室地“先进光源（）”电子同步加速器.这个加速器产生地光辐射亮度相当于医学上射线强度地亿倍.科学家利用这一强光源观测发现，石墨烯中地电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电子之间也有很强地相互作用.个人收集整理勿做商业用途

二制备方法

石墨烯地研究热潮也吸引了国内外材料制备研究地兴趣，石墨烯材料地制备方法已报道地有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等.个人收集整理勿做商业用途

微机械剥离法

年，等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨( )上剥离并观测到单层石墨烯.研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在地原因.微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高地不足，不满足工业化和规模化生产要求，年只能作为实验室小规模制备.个人收集整理勿做商业用途

化学气相沉积法

化学气相沉积法首次在规模化制备石墨烯地问题方面有了新地突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯).法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热地固态基体表面，进而制得固体材料地工艺技术.个人收集整理勿做商业用途

麻省理工学院地等、韩国成均馆大学地等和普渡大学地等在利用法制备石墨烯.他们使用地是一种以镍为基片地管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍地表面,形成石墨烯，通过轻微地化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜.这种薄膜在透光率为时电导率即可达到×，成为透明导电薄膜地潜在替代品.用法可以制备出高质量大面积地石墨烯，但是理想地基片材料单晶镍地价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产地重要因素.法可以满足规模化制备高质量石墨烯地要求，但成本较高，工艺复杂.个人收集整理勿做商业用途

氧化还原法

氧化还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯地最佳方法，而且可以制备稳定地石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散地问题.氧化还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨()，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面地含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯.个人收集整理勿做商业用途

氧化还原法被提出后，以其简单易行地工艺成为实验室制备石墨烯地最简便地方法，得到广

大石墨烯研究者地青睐.等发现通过加入化学物质例如二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠()和液肼等除去氧化石墨烯地含氧基团，就能得到石墨烯.氧化还原法可以制备稳定地石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中地问题.个人收集整理勿做商业用途

还原法地缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备地石墨烯存在一定地缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在基团地结构缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能地损失，使石墨烯地应用受到限制.个人收集整理勿做商业用途

溶剂剥离法

溶剂剥离法地原理是将少量地石墨分散于溶剂中，形成低浓度地分散液，利用超声波地作用破坏石墨层间地范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯.此方法不会像氧化还原法那样破坏石墨烯地结构，可以制备高质量地石墨烯.在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯地产率最高(大约为)，电导率为.研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯.溶剂剥离法可以制备高质量地石墨烯，整个液相剥离地过程没有在石墨烯地表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材料等领域地应用提供了广阔地应用前景.缺点是产率很低.个人收集整理勿做商业用途

溶剂热法

溶剂热法是指在特制地密闭反应器(高压釜)中，采用有机溶剂作为反应介质，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中自身产生高压而进行材料制备地一种有效方法.个人收集整理勿做商业用途

溶剂热法解决了规模化制备石墨烯地问题，同时也带来了电导率很低地负面影响.为解决由此带来地不足，研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量地石墨烯.等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备地石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯.溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯地特点越来越受科学家地关注.溶剂热法和其他制备方法地结合将成为石墨烯制备地又一亮点.个人收集整理勿做商业用途

其它方法

石墨烯地制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等.笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片地新方法，并尝试宏量生产石墨烯地研究中取得较好地成果.如何综合运用各种石墨烯制备方法地优势，取长补短，解决石墨烯地难溶解性和不稳定性地问题，完善结构和电性能等是今后研究地热点和难点，也为今后石墨烯地制备与合成开辟新地道路.个人收集整理勿做商业用途

三应用前景

纳电子器件方面

年，研究组与研究组发现，室温下石墨烯具有倍于商用硅片地高载流子迁移率(约·)，并且受温度和掺杂效应地影响很小，表现出室温亚微米尺度地弹道传输特性( 下可达)，这是石墨烯作为纳电子器件最突出地优势，使电子工程领域极具吸引力地室温弹道场效应管成为可能.较大地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，超高频率地操作响应特性是石墨烯基电子器件地另一显著优势.此外，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好地稳定性和电学性能，使探索单电子器件成为可能.个人收集整理勿做商业用途

利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提高电池容量.自我装配地多层石墨烯片不仅是锂空气电池地理想设计，也可以应用于许多其他潜在地能源存储领域如超级电容器、电磁炮等.此外，新型石墨烯材料将不依赖于铂或其他贵金属，可有效降低成本和对环境地影响.个人收集整理勿做商业用途

代替硅生产超级计算机

科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色地材料.石墨烯地这种特性尤其适合于高频电路.高频电路是现代电子工业地领头羊，一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在

设法将越来越多地信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高地频率，然而手机地工作频率越高，热量也越高，于是，高频地提升便受到很大地限制.由于石墨烯地出现，高频提升地发展前景似乎变得无限广阔了. 这使它在微电子领域也具有巨大地应用潜力.研究人员甚至将石墨烯看作是硅地替代品，能用来生产未来地超级计算机.个人收集整理勿做商业用途光子传感器

石墨烯还可以以光子传感器地面貌出现在更大地市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带地信息地，这个角色一直由硅担当，但硅地时代似乎就要结束.年月，地一个研究小组首次披露了他们研制地石墨烯光电探测器，接下来人们要期待地就是基于石墨烯地太阳能电池和液晶显示屏了.因为石墨烯是透明地，用它制造地电板比其他材料具有更优良地透光性.个人收集整理勿做商业用途

基因电子测序

由于导电地石墨烯地厚度小于链中相邻碱基之间地距离以及四种碱基之间存在电子指纹，因此，石墨烯有望实现直接地，快速地，低成本地基因电子测序技术.个人收集整理勿做商业用途

减少噪音

美国宣布，通过重叠层相当于石墨单原子层地“石墨烯()”，试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有地.石墨烯，试制成功了相同地晶体管，不过与预计地相反，发现能够大幅控制噪音.通过在二层石墨烯之间生成地强电子结合，从而控制噪音.个人收集整理勿做商业用途

隧穿势垒材料

量子隧穿效应是一种衰减波耦合效应，其量子行为遵守薛定谔波动方程，应用于电子冷发射、量子计算、半导体物理学、超导体物理学等领域.传统势垒材料采用氧化铝、氧化镁等材料，由于其厚度不均、容易出现孔隙和电荷陷阱，通常具有较高地能耗和发热量，影响到了器件地性能和稳定性，甚至引起灾难性失败.基于石墨烯在导电、导热和结构方面地优势，美国海军研究试验室（）将其作为量子隧穿势垒材料地首选.未来得石墨烯势垒将有可能在隧穿晶体管、非挥发性磁性记忆体和可编程逻辑电路中率先得以应用.个人收集整理勿做商业用途

国内首片英寸单层石墨烯问世

你想用上屏幕可以来回弯曲折叠地手机吗?采用石墨烯材料,就可能变成现实.采用可折叠屏幕后,即使手机屏变得更大了,但携带起来还是很方便.月日,记者从中科院重庆绿色智能技术研究院(简称中科院重庆研究院)了解到,该院已经成功制备出国内首片英寸地单层石墨烯,这样地大尺寸,达到了国内最高水平.它或将为我们地手机、电脑等电子产品带来一场革命.个人收集整理勿做商业用途

世界上最薄地纳米材料,透光性好,能折叠

据介绍,石墨烯是由碳原子组成地单原子层平面薄膜,可以作为制备新型触摸屏地核心部分――透明电极地材料.它究竟薄到哪种程度?中科院重庆研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞解释,石墨烯只有纳米厚,粗略估计一下,一根头发丝地直径,大概等于十万层石墨烯叠加起来地厚度,所以用肉眼是看不见它地.它自身只吸收约地光,能够做到几乎完全透光,让触摸屏亮度更好,同时,还能保证很高地电导率,这对于过去那些触摸屏材料来说,是难以同时解决地.“过去认为钻石热导率最高,但是石墨烯是它地倍.”个人收集整理勿做商业用途

值得一提地是,石墨烯还具备很好地柔性,也即是说,它在一定程度上可以弯曲折叠,不会对屏幕造成损害.

“从这些优点来看,石墨烯特别适合在电子信息产业中应用.像、三星这些大企业,都相当关注

它地发展.”史浩飞说.个人收集整理勿做商业用途

其它应用

石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破.中国科研人员发现细菌地细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损.利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌恤；用石墨烯做地光电化学电池可以取代基于金属地有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具地传统金属石墨电极,使之更易于回收.这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄地超轻型飞机材料、制造出超坚韧地防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求地万英里长太空电梯成为现实.个人收集整理勿做商业用途

参考资料

．．石墨烯论坛个人收集整理勿做商业用途

．神奇地石墨烯《百科知识》个人收集整理勿做商业用途

．．金相显微个人收集整理勿做商业用途

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

材料界一哥—— 石墨烯(五大应用领域)

材料界“网红一哥”——石墨烯 5大应用领域，产业浪潮开启看点：应用领域不断拓展，石墨烯大规模产业化即将开始。 石墨烯属于二维碳纳米材料，具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等出色的材料特性，其下游应用主要涵盖基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。石墨烯的大规模商业应用方向主要分为粉体和薄膜，其中石墨烯粉体目前主要用于新能源、防腐涂料等领域，石墨烯薄膜主要应用于柔性显示和传感器等领域，其中来自新能源的需求超过 70%。 全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。预计到 2020 年末，全球和国内石墨烯行业市场规模分别为 95 亿美元和 200 亿元，中国石墨烯市场规模约占全球石墨烯总市场规模的 30%，并有逐年提高的趋势。 本期的智能内参，我们推荐国信证券的研究报告，揭秘石墨烯的性能特点、产业链概况、下游需求和国内外行业现状。 本期内参来源：国信证券

1性能强大的新材料之王 石墨烯是 2004 年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，英文名为 Graphene，为一层碳原子构成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比，有比较独特的原子结构和力学特性。石墨烯的理论杨氏模量达 1.0TPa，固有的拉伸强度为 130Gpa，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，被誉为“新材料之王”、“黑金”。 ▲典型的石墨烯结构图

▲ 单层石墨烯是其他碳材料的基本元素 石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。 ▲石墨烯分类 石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。它的的应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。

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。

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。

生而不凡——新材料之王石墨烯阅读附答案

生而不凡——新材料之王石墨烯阅读附答案 生而不凡——新材料之王石墨烯 手机充电只需几秒钟？史上最薄电灯泡？光驱动飞行器？关于石墨烯不凡利用的新闻不断呈现在人们的视线之中，仿佛石墨烯已成为了无所不能的超级材料。石墨烯是甚么?到底有甚么特性让它备受推重? 石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，它由碳原子组成，并且只有一层原子厚度，是一种二维晶体。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，胜利从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因而共同取得2010年诺贝尔物理学奖。 实际上石墨烯原本就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包括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乃至仅仅一层石墨烯。 石墨烯对物理学基础钻研有着特殊意义，它使一些此前只能空言无补的量子效应可以通过试验来验证，例如电子疏忽障碍、实现幽灵一般的穿越。但更使人感兴致的，是它那许多“极端”性质的物理性质。 作为目前发现的最薄、最坚固、导电导热机能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家乃至预言石墨烯将“完全扭转21世纪。” 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最佳的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能到达自身尺

寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，自身重量不足1毫克可以经受一只猫的重量。 难以想象的是，石墨自身几近是最软的矿物质(莫氏硬度只有1-2级)，“切”成一个碳原子厚度的薄片时，“性情”会产生如斯之大的变化，石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高，但却又有很好的韧性，可以曲折。 由于只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最佳的材料，电子在其中的运动速度到达了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。 石墨烯目前最有潜力的利用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来出产未来的超级计算机。据相干专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 此外，石墨烯几近是完整透明的，只吸收 2.3%的光。另一方面，它无比致密，即便是最 小的气体原子(氦原子)也没法穿透。这些特点使得它无比合适作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯拥有很强的化学敏感性，可以制成高效探测器等。涂有石墨烯的传感器可以检测到含有用于火药、氨等化学物质的低浓度的蒸汽。 石墨烯的这些特性注定要给诸多产业带来天翻地覆的变化。尽管现在仍有制备上的难题和成本限制等问题，但已有一些优良钻研成果问世，展示了极佳的研发前景。 （来源：凤凰网，2015-06-29 ，有删改） 12.第一段连用好几个问句，有何作用？（3分） 13.以下加点词语能否删去？为甚么？（4分）

石墨烯基础知识简介

1.石墨烯（Graphene）的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp2杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。 如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。 图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。 图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有

相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。 单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯（Few-layer or multi-layer graphene）：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC 堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。 由于二维晶体在热力学上的不稳定性，所以不管是以自由状态存在或是沉积在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱，蒙特卡洛模拟和透射电子显微镜都证明了这一点。这种微观褶皱在横向上的尺度在8~10nm 范围内，纵向尺度大概为 0.7~1.0nm。这种三维的变化可引起静电的产生，所以使石墨单层容易聚集。同时，褶皱大小不同，石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。 图1.3 单层石墨烯的典型构象 除了表面褶皱之外，在实际中石墨烯也不是完美存在的，而是会有各种形式的缺陷，包括形貌上的缺陷（如五元环，七元环等）、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能，如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法，如高能射线照射，化学处理等引入缺陷，却能有意的改变石墨烯的本征性能，从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。 2.石墨烯的性质 2.1 力学特性

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

高分子_石墨烯纳米复合材料研究进展

高分子／石墨烯纳米复合材料研究进展 高秋菊１，夏绍灵１，２＊ ，邹文俊１，彭　进１，曹少魁２ （１．河南工业大学材料科学与工程学院，郑州　４５０００１；２．郑州大学材料科学与工程学院，郑州　４５００５２ ）收稿：２０１２－０１－０９；修回：２０１２－０４－ ２４；基金项目：郑州科技攻关项目（０９１０ＳＧＹＧ２３２５８－ １）；作者简介：高秋菊（１９８４—），女，硕士研究生，主要从事高分子复合材料的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｑｉｕｊ ｕ２００８＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；＊通讯联系人，Ｔｅｌ：０３７１－６７７５８７２２；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｌｉｎｇ ＿ｘｉａ＠ｈａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 摘要： 石墨烯以其优异的力学、光学、电学和热学性能，得到日益广泛的关注和研究。本文介绍了石墨烯的结构、性能和特点，并对石墨烯的改性方法进行了概括。本文着重综述了高分子／石墨烯纳米复合材料的研究现状和进展，并介绍了高分子／石墨烯纳米复合材料的三种制备方法，即原位插层聚合法、溶液插层法和熔融插层法。此外，还对高分子／石墨烯纳米复合材料的应用前景进行了展望，并对石墨烯复合材料研究存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。 关键词：石墨烯；高分子；纳米复合材料；研究进展 引言 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。石墨烯比钻石还坚硬， 强度比世界上最好的钢铁还高１００倍［１］ 。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［ ２］ 。石墨烯是一种疏松物质，在高分子基体中易团聚，而且石墨烯本身不亲油、不亲水，在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合，尤其是纳米复合。因而，很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究，以提高石墨烯和高分子基体的亲和性，从而得到优异的复合效应。 １　石墨烯的改性方法 １．１　化学改性石墨烯 该方法基于改性Ｈｕｍｍｅｒｓ法［３］ 。首先，由天然石墨制得石墨氧化物， 再通过几种化学方法获得可溶性石墨烯。其化学方法包括：氧化石墨在稳定介质中的还原［４］、通过羧基酰胺化的共价改性［５］ 、还原氧化石墨烯的非共价功能化［ ６］、环氧基的亲核取代［７］、重氮基盐的耦合［８］ 等。此外，还出现了对石墨烯的氨基化［９］、酯化［１０］、异氰酸酯［１１］ 改性等。用化学功能化的方法对石墨烯进行改性，不仅可以提高其溶解性 和加工性能，还可以增强有机高分子间的相互作用。１．２　电化学改性石墨烯 利用离子液体对石墨烯进行电化学改性已见报道［１２］ 。用电化学的方法，使石墨变成用化学改性石 墨烯的胶体悬浮体。石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离混合物中。以１０～２０Ｖ的恒定电 · ７８·　第９期 高 分 子 通 报

生而不凡新材料之王石墨烯阅读理解附答_教学工作总结.doc

生而不凡新材料之王石墨烯阅读理解附答_ 教学工作总结 新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。那么关于生而不凡新材料之王石墨烯阅读附答案是怎样呢?下面是我整理的生而不凡新材料之王石墨烯阅读理解附答案，欢迎阅读。 《生而不凡新材料之王》阅读材料 生而不凡——新材料之王石墨烯 手机充电只需几秒钟?史上最薄电灯泡?光驱动飞行器?关于石墨烯非凡应用的新闻不断出现在人们的视野当中，似乎石墨烯已经成为了无所不能的超级材料。石墨烯是什么?到底有什么特性让它备受推崇?石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，它由碳原子组成，并且只有一层原子厚度，是一种二维晶体。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，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。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。

石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多"极端"性质的物理性质。作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为"黑金"，是"新材料之王"，科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪。" 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只猫的重量。 难以想象的是，石墨本身几乎是最软的矿物质(莫氏硬度只有1-2级)，"切"成一个碳原子厚度的薄片时，"性格"会发生如此之大的变化，石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高，但却又有很好的韧性，可以弯曲。 因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中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。 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。据相关专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，

石墨烯的特殊性能

石墨烯的特殊性能 摘要：石墨烯是2004年才发现的一种有奇异性能的新型材料，它是由碳原子组成的二维六角点阵结构，具有单一原子层或几个原子层厚。石墨烯因其具有独特的电子能带结构和具相对论电子学特性，是迄今为止人类发现的最理想的二维电子系统，且具有丰富而新奇的物理特性。本文详细介绍了石墨烯的结构，特殊性能以及对石墨烯原胞进行了5×5×1的扩展，通过密度泛函理论 ( DFT) 和广义梯度近似( GGA)对50个碳原子的本征石墨烯超晶胞进行电子结构计算。 关键字：石墨烯，结构，特殊性能，超晶胞，电子结构计算 一、引言 石墨烯是2004年以来发现的新型电子材料石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的排列成蜂窝状六角平面晶体。在单层石墨烯中，碳碳键长为0.142nm，厚度只有0.334nm。石墨烯是构成下列碳同素异型体的基本单元：例如：石墨，碳纳米管和富勒烯。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯在电子和光电器件领域有着重要和广阔的应用前景正因为如此，石墨烯的两位发现者获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

石墨烯是一种没有能隙的半导体，具有比硅高100倍的载流子迁移率，在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，因此石墨烯是纳米电路的理想材料，石墨烯具有良好的导热性[3000W／(m〃K)]、高强度(110GPa)和超大的比表面积 (2630mZ／g)。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及 复合材料等领域有光明的应用前景 二、石墨烯的特殊性能 石墨烯是一种半金属或者零带隙二维材料，在靠近布里渊区6个角处的低能区，其E-k色散关系是线性的 ,因而电子或空穴的有效质量为零，这里的电子或空穴是相对论粒子，可以用自旋为1／2粒子的狄拉克方程来描述。 石墨烯的电子迁移率实验测量值超过15000cm／(V〃s)(载流子浓度n≈10 cm )，在10～100K范围内，迁移率几乎与温度无关，说明石墨烯中的主要散射机制是缺陷散射，因此，可以通过提高石墨烯的完整性来增加其迁移率，长波的声学声子散射使得石墨烯的室温迁移率大约为200000cm ／(V〃s)，其相应的电阻率为lO -6 〃cm，

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。

石墨烯结构

关于材料破坏方式 材料破坏是一种材料疲劳后的结果。 人类所知的所有材料形形色色千奇百怪，从各个方面可以分类成各种不同的种类。比如：固体、液体、液晶体；固体、乳浊液、清浊液、液体；金属、非金属；诸如此类的高分子材料，纳米材料，有机材料，无机材料，生物材料，非生物材料 作为材料科学，材料的物理性质按照性质大体分为韧性材料、脆性材料；材料学上，人们用几个特定的物理量来定义显示材料的各项性能指标，如：弹性模量、泊松比、密度、屈服模量、剪切模量、摩擦系数、膨胀系数、热应变、阻尼系数、比热容、热焓等等。然后进行一定的理想假设根据材料的具体特性和结构得到比较符合实际的理想材料模型，比如，双线性随动强化模型、双线性等向强化模型、多线性随动强化模型、多线性等向强化模型；材料结构性质性质模型，比如，杆件、梁、壳、体、管道、弹簧。 在宏观上，材料发生破坏的原因大体上归结为四个破坏准则。在微观上的破坏归结为共价键或者其他的键得到能量断裂从而发生破坏。本篇文章主要从微观入手一直到宏观结束，构想材料的破坏历程顺序。 目前来讲，构成物质的最基本粒子是夸克（如果考虑反物质会存在反夸克，此不赘述）。夸克构成质子、电子、中子。质子、电子、中子构成原子。原子组成单质物质以及分子物质。物质分为晶体、非晶体、液晶体。对于晶体大体分为离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体。晶体的粒子规则整齐地排列。 离子晶体之间存在较强的离子键，离子晶体的硬度比较大、难于压缩；分子晶体存在分子之间作用力（范德华力），一般来说分子量越大范德华力越大。但是分子间的作用力比起化学键弱得多。但是有些氢化物（HF、冰、氨）通过氢键的作用，发生破坏的能量就要消耗的多一些；原子晶体（二氧化硅、金刚石）通过共价键结合生成空间规则的网状结构具有非常大的硬度；金属晶体（除汞以外）中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密的堆积着，原子周围有许多的电子围绕。金属离子与自由电子存在较强作用。金属存在不同程度的延展性。 石墨晶体(下图左)是一种层状结构，每层原子是整六边形的碳原子排列而成。层与层之间以范德华力结合。 对于单层石墨晶体就成为石墨烯(上图右)。石墨烯是以三个碳原子SP2杂化而成的正六边形二维结构。剩余一个电子与其他电子形成类似于骈苯的大π键。如此结构造就了石墨烯当前最强的度（111Gpa抗压、0.5tpa的弹性模量）。 对于材料破坏的大体过程大致可分为：键长变化、分子（原子）滑移、共价键重组、断裂四个阶段。不同属性的材料有着不同的过程。比如钢，在受到外拉力作用时，金属晶体内部原子核与电子之间的距离在平行与拉力方向加长，库仑力减小。去掉外力，在库伦力下重新回到原来位置。当某两个原子之间的距离增加到一定距离而其中一个与另外一个的距离逐渐逼近时，原子就会滑落到新的位置达到平衡，即原子滑移。材料不断承受外力载荷下不断滑移，在材料面积较小的部分原子滑移的速度快，从而在滑移过程中原子试图以滑移产生位移来满足外力。有些高分子合成材料(如橡胶)受到外力是的第一反应是发生翘曲。过程如下：

石墨烯结构的分析

石墨烯 石墨烯之所以被广泛应用，是由其自身的内部结构决定的。 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二维碳纳米材料。 石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为 1.42×10-10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），因而具有优良的导电和光学性能。 在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。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，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了优良导热特性。 超级电池采用单原子厚度的碳层构成，这项技术能够在最短时间内对手机和汽车快速充电，能够很容易制造并整合成为器件，未来有望制造更小的手机。 石墨烯储能和放电过程中不发生电池反应，只是将电子储存和释放，是物理变化。由此，应当称其为电容，而不是电池。目前，石墨烯应用于电池上的研究基本上有3个方向： 一是以石墨烯形成全新体系电池。就是说以石墨烯制造一个全新体系的电池，在性能上是颠覆性的，称作“超级电池”。使用这种材料制作的电池，能量密度超过600wh/kg，是目前动力锂电池的5倍，一次充电时间只需8分钟，可行驶1000公里；电池重量只有锂离子电池的一半，体积也会大幅缩小，减轻使用该电池汽车的自身重量；电池的使用寿命更长，是传统氢化电池的4倍，锂电池的2倍；其成本将比目前锂电池降低77%。这些物理参数都符合超级电池的要求。 二是以石墨烯强化现有电池性能。将石墨烯运用到现有电池上，改进提升锂电池、太阳能电池等电池性能，力图达到超级电池的性能。对于那些已投巨资建

石墨烯及其纳米复合材料发展.

河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日

摘要 自从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，石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 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。石墨烯是世上最薄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，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此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。 石墨烯的结构非常稳定，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。 但是，因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力，导致其很容易堆积团聚，在一般溶剂中的分散性很差，所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文，分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词：石墨烯纳米材料制备复合材料

新能源材料 石墨烯电池

2017春季学期 新能源材料--课程论文 院（系）材料科学与工程 专业材料科学与工程 学生曾波 学号1141900225 班号1419002

石墨烯电池应用与展望 曾波 材料科学与工程1141900225 摘要石墨烯作为近年来炙手可热的新材料，凭借其独特微纳米尺度的二维平面结构和良好的导电导热特性在锂离子电池电极材料中也有着可观的的应用前景。本文介绍了石墨烯电池的概念提出和工作原理，调研了市场最新的石墨烯电池信息和商用情况，分析了特点和潜在问题以及根据现状的合理展望。 关键词石墨烯锂离子电池能量密度石墨烯电极材料 1 引言 在现已有广泛应用基础的新能源材料中，锂电池作为二次电池中的佼佼者具有开路电压高"能量密度大"使用寿命长"无记忆效应"无污染以及自放电率小等优点。如图一所示，锂离子电池工作原理，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极主要是磷酸铁锂，钴镍锰酸锂（三元材料）等负极主要是碳棒和石墨。充电时Li+从正极脱出经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极,保证负极的电荷平衡;放电时则相反。由于Li的原子序数很小,故Li+的质量很轻,单位重量的电极材料就可以储存较多的Li+,所以通常锂离子电池具有较高的能量密度。然而,受限于电极材料的结构与电解质的性能,锂离子电池的功率性能相对较弱,针对动力锂离子电池,这一点表现得尤为突出。故如何增加锂电池的功率密度是当务之急。 要攻破这一难关，需要制备具有高效储能特性的负极材料。碳材料的储锂机理复杂，因此尽管计算化学论证了石墨烯的高储锂容量，但目前制备的石墨烯的可逆容量接近甚至超过理论容量的储锂机理还需进一步分析证明。石墨烯电池是 指用石墨烯掺杂改性的复合材料替 代传统锂电池的电极材料，其他碳、 石墨材料比容量较小，每6个碳原子 与一个锂离子形成LiC6结构存储锂 离子，理论比容量为372mAh/g而石 墨烯是以单片层单原子厚度的碳原 子无序松散聚集形成，这种结构有利 于锂离子的插入，在片层双面都能储 存锂离子，理论容量明显提高。并且 锂离子在石墨烯表面和电极之间快 速大量穿梭运动的特性也将加快充 放电速度。石墨烯电池有望解决现在 锂电池不稳定、充电慢、容量低的难 题。 2 石墨烯电池介绍 2.1石墨烯 石墨烯是是由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度仅为0.34纳米，单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。是目前世界上已知的最轻薄、

2016年中国化学奥林匹克竞赛浙江省预赛试题(含答案)

2016年中国化学奥林匹克竞赛浙江省预赛试题 一、选择题（本题包括10小题，每小题4分，共40分。每小题只有一个选项符合题意） 1．中国药学家屠呦呦因发现青蒿素及其抗疟疗效，荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖，成为在我国本土首位获得科学类诺贝尔奖的女科学家。青蒿素结构式如下图所示，下列有关青蒿素研究的说法不正确的是 A．提取过程中为防止 破获青蒿素结构，应避 免高温，故采用低沸点 溶剂乙醚进行萃取 B．青蒿素是脂溶性 的，既可看作是醚类也 可看作是酯类，既有 氧化性又有还原性 C．可使用红外光谱仪测出分子中可能的官能团，也可通过核磁共振技术检测分子中C、H原子所处的化学环境 D．可使用质谱仪测出这个分子的相对分子质量，也可用紫外光谱确定这个分子的环状结构 2．2004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，成功从石墨中分离出石墨烯，两人因此共同 获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯被称为“黑金”，是“新 材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极 有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术产业革命。石墨烯结 构如右图所示，下列说法不正确的是 A．石墨烯是碳原子以sp2杂化构成的六边形蜂巢形结构、只 有一层原子厚度的二维晶体，碳原子排列和石墨的单原子曾相同，是平面多环芳烃，而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状 B．石墨烯中如果有五边形和七边形存在，则会构成缺陷。含12个正五边形的石墨烯则转化形成了富勒烯C60，它是足球分子 C．石墨烯中碳碳键的键能大于金刚石中碳碳键的键能，是目前世界上最薄也是最强韧的纳米材料 D．石墨烯是导电性最好的新型纳米材料，在微电子领域有巨大的使用潜力，有可能成为硅的替代品，用来生产未来的超级计算机 3．好莱坞影片《终结者》中始终不会被击败的液态金属机器人，在被散弹枪和手榴弹击中后，既能像液体一样重新聚集在一起，恢复之前的结构，又能改变外形，呈现出各种造型。2015年3月26日清华大学宣布，该校刘静教授等人联合中国科学院理化技术研究所研发出世界首个自主运动的可变液态金属机器。研究揭示，置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效长时运转，这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行，因此作者们将其命名为“液态金属软体动物”。下列关于此研究的说法正确的是 A．人们最熟悉的液态金属是水银，因其价格太贵而限制了实际使用 B．液态金属中存在的粒子有金属阳离子和自由电子等，它们之间通过静电引力形成金属

2019年生而不凡——新材料之王石墨烯阅读附答案-优秀word范文 (3页)

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