纳米石墨烯的特性以及应用
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。
石墨烯材料的性质及其应用前景
石墨烯材料的性质及其应用前景石墨烯，是由单层碳原子形成的二维结构，它的厚度只有一个原子的大小。
由于其特殊的物理和化学性质，石墨烯在科学研究和工业领域中有着广泛的应用前景。
本文将探讨石墨烯材料的性质及其应用前景。
一、性质1.电学性质石墨烯材料是一种优良的导电材料。
由于其蜂窝状的晶格结构和高表面积，石墨烯的电阻率相对较低。
同时，由于电子可以在石墨烯的表面自由运动，石墨烯材料具有极高的电子迁移率，这使得这种材料更适合于高速电子器件。
2.力学性质石墨烯的力学性质极其优良。
在各类纳米材料中，石墨烯拥有最高的强度和模量，同时它又是非常柔软的，具有很好的弯曲性。
这些特性已经被广泛应用于构建高强度材料。
3.光学性质石墨烯是一种透明材料，且对各种波长的光谱响应很强，这使得它非常适合用于太阳能电池的制造。
在太阳能电池的应用中，石墨烯可以作为透明导电电极，同时可以替代铜箔作为阴极材料。
4.化学性质石墨烯具有很好的化学稳定性，在大多数溶剂中都能够保持稳定。
由于石墨烯的表面原子非常活泼，因此石墨烯也可以用于吸收有害物质。
这使得它可以成为一种极有价值的污染控制材料。
二、应用前景1.电子产品石墨烯材料在电子领域的应用前景非常广阔。
如今，石墨烯技术已经在液晶显示器、太阳能电池、电极和超级电容器等领域中得到应用。
石墨烯技术也被广泛应用于半导体解决方案、存储设备、太阳能电池和能源储存。
特别是在芯片行业中，石墨烯技术可以为提高芯片的性能和降低成本提供可能。
2.材料科学在材料科学领域中，石墨烯材料的应用前景也非常广阔。
石墨烯可以应用于纳米材料、纤维增强塑料、超材料、粘土纳米复合物和润滑材料等领域，极大地推动了这些领域的发展。
3.健康领域石墨烯还被广泛应用于生命科学领域。
石墨烯可以用于制造药物输送载体、生物医疗传感器、荧光探针和图像对比剂等领域。
这些应用可以改善疾病的诊断和治疗，从而增强对人类健康的保护。
综上所述，石墨烯材料的性质和应用前景都非常优秀，这使得石墨烯技术在未来十年内将会得到更广泛的应用。
纳米科技中的石墨烯应用介绍
纳米科技中的石墨烯应用介绍石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，厚度只有一个碳原子的厚度。
它具有许多独特的物理和化学特性，使其在纳米科技领域中应用广泛。
本文将介绍纳米科技中石墨烯的应用。
首先，石墨烯在电子器件方面有着重要的应用。
由于石墨烯具有高载流子迁移率、高电导率和高热导率等特性，它成为了制造晶体管、晶体管阵列和传感器等高性能电子器件的理想材料。
与传统的硅基材料相比，石墨烯的热稳定性更强，能够在更高的温度下工作。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，使得电子产品更加轻薄、柔韧。
其次，石墨烯在能源领域也有着诸多应用。
石墨烯作为一种高效导电材料，广泛应用于锂离子电池和超级电容器等能源存储装置中。
由于石墨烯具有大的比表面积和优异的电化学性能，能够提高能源存储装置的能量密度和循环寿命。
此外，石墨烯还可以应用于太阳能电池、燃料电池和光催化等领域，提高能源转换效率。
另外，石墨烯在材料加固方面也有着广阔的应用前景。
石墨烯被广泛用作增强材料的添加剂，可以大幅度提高材料的力学性能。
石墨烯的高强度和高刚度使其在制备复合材料中起到了很好的增强作用。
例如，将石墨烯纳米片添加到聚合物基体中，可以大幅度提高聚合物的强度和导热性能。
这种强化效果对于航空航天和汽车行业的应用尤为重要，有助于提高材料的轻量化和结构强度。
此外，石墨烯在生物医学领域的应用也备受关注。
石墨烯具有良好的生物相容性和生物降解性，可以作为药物载体在药物传递和缓释方面起到重要作用。
石墨烯纳米片可以用于制备纳米药物，可以通过控制石墨烯的尺寸和形状来调控药物的释放速率和靶向性。
此外，石墨烯的高导电性还可以用于生物传感器和医学成像等领域，提高传感器的灵敏度和图像的分辨率。
总之，纳米科技中石墨烯的应用非常广泛。
石墨烯在电子器件、能源存储、材料增强和生物医学等领域起到了重要作用。
随着对石墨烯材料性能的深入理解和制备工艺的不断改进，相信石墨烯的应用前景将会更加广阔，对于推动纳米科技的发展将发挥重要作用。
石墨烯纳米材料的制备与应用
石墨烯纳米材料的制备与应用石墨烯是一种由碳原子组成的一层厚度非常薄的二维碳材料，它具有极高的强度和导电性，也拥有许多其他令人惊奇的特性。
因此，石墨烯被广泛应用于生物学、电子学、光学、催化和其他领域的研究。
而在石墨烯的制备和应用中，纳米材料也扮演着十分重要的角色。
一、石墨烯的制备方式目前，石墨烯的制备方法主要分为机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法、去氧还原法和电化学法五种。
而其中，化学气相沉积法和化学剥离法是较为常用的两种方法。
化学气相沉积法是利用化学反应在基底上沉积石墨烯薄膜。
该方法可以得到单晶石墨烯，薄膜质量较好，但生产难度较高，且设备成本高。
化学剥离法是指采用各种方法在各种材料表面制备石墨烯的一种技术。
该方法成本较低，操作简单，但是石墨烯质量较差，难以控制其层数和晶体质量。
二、石墨烯纳米材料的制备方式目前，石墨烯纳米材料的制备方式主要包括机械法、物理法、化学法和生物学法四种。
机械法是指利用机械磨擦、高温等方法将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法制备的纳米材料质量较高，但是生产效率较低，且成本较高。
物理法是指利用物理方法，如离子束雕刻、电子束雕刻等将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法可以制备各种形状的纳米材料，但是成本较高，难度较大。
化学法是指利用化学反应将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法操作简单，成本低廉，但是石墨烯质量较差，存在一定的毒性。
生物学法则是指利用生物学反应将石墨烯制备成纳米材料。
与化学法相比，该方法更为安全，但是生产效率较低，成本也较高。
三、石墨烯纳米材料的应用由于石墨烯纳米材料具有许多优异的特性，在各个领域都有广泛的应用。
在生物学领域中，石墨烯纳米材料可用于生物传感器的制备及生物医学成像等；在电子学领域中，石墨烯纳米材料可用于半导体材料、太阳能电池等的制备；在光学领域中，石墨烯纳米材料可制备光电器件；在化学领域中石墨烯纳米材料可用于催化反应。
此外，在纳米电子学中，石墨烯纳米材料还可以作为晶体管和其他电子元件的材料，其导电性及传输率远高于硅材料，这也为电子学的进一步发展提供了更广阔的空间。
石墨烯纳米材料
石墨烯纳米材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有许多出色的特性，如高
导热性、高机械强度和优异的电学特性。
由于这些特性，石墨烯被广泛认为是未来材料科学领域的一个重要研究方向。
首先，石墨烯的高导热性使其成为热管理领域的理想材料。
石墨烯的热导率非
常高，远远超过许多其他材料。
这使得石墨烯可以应用于电子设备和热管理系统中，提高设备的散热效率，从而延长设备的使用寿命。
其次，石墨烯的高机械强度使其成为一种理想的结构材料。
石墨烯的强度非常高，即使是单层石墨烯也可以承受很大的拉伸力。
这使得石墨烯可以应用于制备高强度的复合材料，用于航空航天和汽车等领域，提高材料的强度和耐久性。
另外，石墨烯的优异电学特性也为其在电子领域的应用提供了广阔的空间。
石
墨烯具有非常高的电子迁移率和热稳定性，使其成为一种优秀的导电材料。
这使得石墨烯可以用于制备高性能的电子器件，如场效应晶体管和光电探测器等。
总的来说，石墨烯作为一种纳米材料，具有许多出色的特性，使其在热管理、
结构材料和电子器件等领域都有着广阔的应用前景。
随着石墨烯制备技术的不断进步，相信石墨烯将会在未来的材料科学领域发挥越来越重要的作用。
石墨烯材料的性质与应用
石墨烯材料的性质与应用石墨烯，这个看似普通的材料，却拥有着令人惊叹的特性。
石墨烯是由唯一一层碳原子构成的二维材料，可以看作是碳纳米管的平面展开形式，其厚度仅为一个原子层，是迄今为止最薄的材料。
在这篇文章中，我们将探讨石墨烯的一些性质和应用。
1. 敏锐的光学响应由于石墨烯具有极高的电子迁移率和极高的表面积，它可以被用作传感器领域的基础材料。
这些性质使得石墨烯对外界的光学响应异常敏锐，例如，石墨烯可以被用作吸收红外线光谱的传感器。
在汽车行业中，石墨烯传感器可以监测表面温度，以便确保发动机不会超过最高温度。
此外，石墨烯也可以被用作一种天线，从而接收和传输无线电波信号。
2. 高强度尽管石墨烯仅有一个原子层，它却具有惊人的强度。
石墨烯的强度比钢还要高200倍，可以承受高达130GPa的拉伸。
这个特性使得石墨烯成为一种极具潜力的结构材料，可以用于制造轻型飞机和汽车、高速列车以及建筑结构材料。
3. 炫目的导电性相比常规材料，石墨烯的电导率则高出数个数量级。
这是由于石墨烯的薄层结构可以减少电流的散射，从而提高电流的流动速度。
这个特性使得石墨烯可以被用作高性能电子设备的基础材料，例如高速芯片、高速转换器、电子显示器等。
4. 显著的隔热性石墨烯不仅具有高强度和导电性，其隔热性也相当优秀。
这个特性使得石墨烯可以被用作保暖材料，既可以应用在高温环境、也可以在低温环境中使用。
此外，石墨烯的隔热性也可以被用作隔热材料，在太空探索、火箭制造等领域有广泛的应用。
5. 突出的磁电特性石墨烯除了拥有高强度、导电性、隔热性之外，还在磁电特性上表现突出。
它可以在较小的压力下实现电局部极化，从而呈现出极高的磁力。
这个特性使得石墨烯成为制造超薄电容器和储存设备的材料，同时还可以应用在高分辨率相机和计算机图像领域。
6. 可持续发展石墨烯的发现标志着材料科学与工程领域的一个里程碑，但是，石墨烯的应用并不仅仅局限于这些领域。
石墨烯被广泛认为是未来实现可持续发展的材料之一。
石墨烯材料在纳米科技中的应用
石墨烯材料在纳米科技中的应用在当代科技中，有一种材料备受关注，那就是石墨烯。
石墨烯是由石墨单层组成的二维材料，由于其优异的电子、热学和力学性能，被认为是未来材料领域的重要发展方向之一。
特别是在纳米科技领域，石墨烯具有巨大的应用前景。
一、基础研究中的应用石墨烯作为一种新兴材料，其基础研究日益深入。
由于石墨烯的电子能带特性，石墨烯被广泛地用于制备新型的光电器件和传感器。
通过石墨烯的独特性能，科学家可以研究电子、光、热等波长的物理性质，为石墨烯的深入应用提供了坚实的基础。
二、纳米传感器的应用随着科技的不断发展，人们对于材料的性能要求也越来越高。
石墨烯作为一种新型纳米材料，在纳米传感器领域发挥着巨大的作用。
石墨烯传感器因其优异的电子、光学和机械特性，可以实现对于高灵敏度的气体、湿度、压力、生物分子等细小物质的检测。
这样的传感器在生物医学、环境监测、新能源等领域都有广泛的应用前景。
三、新型太阳能电池的应用由于石墨烯的独特性质，石墨烯还可以被用于制备新型的太阳能电池，这种电池拥有高效的光电转化性能。
使用石墨烯作为透明导电层，可以明显提高电池的光电转化效率和稳定性，并且石墨烯的可撕裂特性也可以降低生产成本。
因此，新型石墨烯太阳能电池具有重要的应用前景，并且在未来可以成为可再生能源的主要代表。
四、新型纳米器件的应用石墨烯具有高强度、高导电、高导热等优异性质，因此可以被广泛地用于制备新型纳米器件。
例如，通过在石墨烯表面加工纳米结构，可以制备出具有超大电容量和高电子迁移速率的石墨烯超级电容器。
此外，石墨烯还可以用于制备出各种新型纳米器件，例如石墨烯晶体管、石墨烯光电元件、石墨烯微波器件等。
总的来说，石墨烯作为一种新型材料，其应用十分广泛，未来石墨烯的应用前景十分看好。
虽然目前石墨烯的应用还处于起步阶段，但是相信随着科技的不断发展，石墨烯在纳米科技中的重要作用会越来越大。
纳米石墨烯的应用
纳米石墨烯的应用纳米石墨烯是一种新型的材料，是由石墨单层构成的二维晶体，它具有非常多的优秀特性，例如高导电性、高强度、高透明性和高导热性等等。
这些特性让纳米石墨烯有着广泛的应用前景，一些领域已经开始使用纳米石墨烯，同时也有很多领域还在研究中探索这种材料的应用。
一、电子行业纳米石墨烯的高导电性让它成为了电子行业的研究热点之一。
在过去的几年中，全球许多公司和科研人员都在探索如何利用纳米石墨烯提高电子设备的性能。
举个例子，石墨烯的制造商和技术提供商Grafoid Inc.已经开始研究利用纳米石墨烯来提高半导体器件的性能和寿命。
二、石油化工行业纳米石墨烯的高透明度和抗腐蚀性质使得它也在石油化工行业中得到了广泛应用，例如在油井勘探和管道防腐等领域，纳米石墨烯可以帮助提高工作效率和延长设备的使用寿命。
三、医疗行业纳米石墨烯在医疗领域也有着广泛的应用前景。
例如，在癌症治疗方面，纳米石墨烯可以作为药物载体，帮助药物溶解并准确定位到肿瘤组织，从而有效地治疗癌症。
此外，纳米石墨烯也可以用于生物传感器等医疗设备的制造。
四、环保行业纳米石墨烯在环保领域也有着广泛的应用前景。
例如，它可以用于净化水源和空气，并能有效去除有毒有害物质，从而改善人们的生活环境。
总之，纳米石墨烯具有非常多的优秀特性，这使得它在许多领域都有着广泛的应用前景。
尽管目前纳米石墨烯的研究还处于起步阶段，但随着科技快速发展和各领域对纳米石墨烯的需求增加，相信它的应用领域也会逐渐扩大，让更多人受益于这种新型材料带来的生活变化和飞速发展。
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纳米石墨烯的特性以及应用
摘要：石墨烯是指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。
在石墨烯中，碳原子之间以σ键相连接，这些σ键赋予了石墨烯极其强大的机械性能；同时，由于碳原子的结合方式为SP2杂化，因此每个碳原子都有一个孤电子，从而赋予了其优秀的导电性。
而近年来，纳米石墨烯以及其氧化物，由于自身良好的生物相容性以及较大的表面积，在生物医药等领域的应用取得了极大的进展，本文将简述石墨烯以及其氧化物的特性，并举例分析其在生物载药工厂中的作用。
关键词：纳米石墨烯；纳米氧化石墨烯；生物医药；药物传递
一．纳米石墨烯以及氧化纳米石墨烯自身特性
1.1 纳米石墨烯自身特性
纳米石墨烯与石墨烯的概念容易混淆，但本质上是同一个物质。
纳米石墨烯代表的是厚度在纳米级别的石墨烯。
一般程度上严格定义的石墨烯都是单层的，而纳米石墨烯则有可能是多层的。
纳米石墨烯常常被称为石墨烯纳米片，也被称为碳纳米片（ CNFs ）或碳纳米壁（ CNWs）。
人们所熟悉的富勒烯，碳纳米管，石墨等碳材料，本质的基础单元就是石墨烯。
石墨烯最迷人的地方在于它的纯粹。
单层原子的结构使得石墨烯具有极薄的性质，但由于碳原子之间强韧的σ键以及整个二维晶体平面的拉伸性能，使得石墨烯同时具有了非常高的强度性能，杨氏模量为1100Gpa，而断裂强度则达到惊人的125Gpa，这样的机械性能使得石墨烯几乎可以被利用在任何需要高强度材料的领域。
而与此同时，石墨烯二维晶体表面流动的孤电子赋予了它优越的导电性能。
由于自身电阻率非常小，石墨烯被视为下一个可以取代“硅”的导电原材料，人们希望能制备出具有更高性能的现代计算机芯片或处理器。
1.2 氧化纳米石墨烯自身特性
氧化纳米石墨烯，英文缩写为GO，顾名思义是石墨烯的氧化物。
氧化石墨烯保留了原有的层状结构，通过强氧化剂（例如高锰酸钾）开环，使得部分双键断裂，引入了许多含氧的官能团，例如羧基，羟基，环氧基等。
这些活泼的含氧功能团赋予了石墨烯更为活泼的性能。
尽管含氧基团很大程度上破坏了碳原子的SP2杂化方式，使得石墨烯整体的导电性能大大降低，但氧基团自身活泼的化学性能以及良好的水溶性，使得氧化石墨烯在众多领域，尤其是生物领域，有着非常广泛的应用。
氧化纳米石墨烯最突出的性能在于承载与结合能力，由于表面含氧基团的存在，氧化石墨烯表面呈现负电性，因此容易吸附带正电荷的离子或外表显正电性的小型物质。
自身具备的层状结构使得吸附过程更加平稳，牢固性能更高。
这一特点在生物载药方面有着很大的价值。
二．纳米石墨烯以及氧化纳米石墨烯在生物领域的应用
2.1 药物传递中纳米石墨烯与氧化纳米石墨烯的应用
在上文中已经提到，无论是石墨烯还是氧化石墨烯，都具有非常大的表面积，同时由于同时存在两个平面，因此在药物传递中，石墨烯以及氧化石墨烯具有非常大的载药量。
但载药工具自身需要满足一些要求：例如需要具有较好的生物相容性，同时还需要有能够进行化学修饰的能力，以吻合目标分子自身的表面结构。
氧化纳米石墨烯表面所携带的含氧集团可与不同的聚合物发生化学反应，从而与DNA，RNA，蛋白质等大生物分子也可发生相互作用。
由于聚合物的修饰通常发生在边缘，因此对于石墨烯的层状结构并无太大的影响，是为良好的药物传递工具。
以下是两个具体例子。
上图是一个简单的纳米载药体制备示意图，它是目前非常流行的一种做法。
石墨烯活泼的表层使得它能够接纳多种受i体。
除了自身载有一定数量的药物之外，石墨烯表层还附上了单克隆抗体以及成像探针，这样一种组合式的方法可以使得纳米石墨烯作为载药工具，同时拥有几种不同的功能。
以上是一个非常鲜明的通过修饰合成载药分子的例子。
PEG是一种具有非常高生物相容性的物质，通过二硫键将PEG修饰在氧化石墨烯的外层，赋予了其良好的生物相容性，顺利通过血液循环。
而在目标细胞内PH小于6的情况下，PEG外壳自动发生降解，从而释放出原本镶嵌在石墨烯层的药物分子，完成药物释放。
以上两个例子都是石墨烯共价键修饰的例子。
共价键修饰在石墨烯/氧化石墨烯表面修饰中占有很大的成分，但非共价键修饰也有着非常多的应用。
非共价键修饰主要包括氢键作
用，电子相互作用，以及π-π堆积作用。
在石墨烯中，π-π堆积作用是最为重要的一环。
下图所示的例子就是一个最为简单的通过层-层作用形成载药分子的示意图。
当PEI在石墨烯表层吸附的时候，将形成带有正电荷的晶体表面，从而进一步吸引pDNA进行吸附，最终形成含有多层DNA的载药大分子。
三．小结
石墨烯以及氧化石墨烯由于其自身的结构特点，具有高机械性能，良好导电性能，高透明性等特征。
这些特征使得石墨烯以及氧化石墨烯在多重领域中都发挥了极其重要的作用。
如今在药物传递领域，石墨烯以及氧化石墨烯出众的载药能力，使得其成为新兴的载药工具。
通过对其表面进行共价键修饰或非共价键修饰，可使得氧化石墨烯具有较好的生物相容性以及细胞针对性，从而获得更加有效的药物传递分子。
【1】Graphene and graphene oxide as new nanocarriers for drug deliveryapplications，Jingquan Liu,Liang Cui Dusan Losic，Acta Biomaterialia，2013
【2】Nano-Graphene Oxide for Cellular Imaging and Drug Delivery，Xiaoming Sun, Zhuang Liu, Kevin Welsher, Joshua Tucker Robinson, Andrew Goodwin, Sasa Zaric,and Hongjie Dai，Adv Materials，2008.5
【3】Nano-graphene in biomedicine: theranosticapplications，Kai Yang, Liangzhu Feng, Xiaoze Shi and Zhuang Liu*，Chem Sov Rev，2013.。