功能化石墨烯片的表面性能调控

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多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面1. 引言1.1 研究背景太赫兹波是指频率介于100 GHz至10 THz之间的电磁波，具有穿透力强、非电离性、对生物体无害等特点，因此在通信、成像、安全检测等领域具有广泛应用前景。

然而，太赫兹波在传输和控制过程中存在着一系列技术挑战，其中之一就是如何有效调控太赫兹波信号的传播和传感性能。

石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维晶体材料，具有优异的电学、热学和光学性能，被广泛研究和应用于光电子器件、传感器等领域。

近年来，研究人员发现将石墨烯与太赫兹技术相结合，可以制备出一种具有多功能可调谐性能的太赫兹石墨烯超表面。

这种超表面不仅可以有效调控太赫兹波信号的传播与传感性能，还具有优异的多功能性能，为太赫兹技术的应用提供了新的解决方案。

因此，研究太赫兹石墨烯超表面具有重要的科学意义和应用价值。

本文将对太赫兹石墨烯超表面的制备方法、特性分析、多功能性能研究以及在通信和成像领域的应用进行深入探讨，为未来太赫兹技术的发展提供有力支持与引导。

1.2 研究意义多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面则是将石墨烯与超表面结合，通过控制石墨烯的电学性质来实现太赫兹波的调控。

这种新型材料不仅能够在太赫兹波段实现频率调谐，还能够实现极化控制、波束整形和波束聚焦等功能。

研究多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面具有重要的意义。

这种材料的制备和应用可以推动太赫兹领域的技术发展，提高太赫兹波在通信、成像等领域的应用效率和性能。

多功能性的研究将拓展太赫兹石墨烯超表面的应用领域，促进更多领域的技术创新。

这种材料的研究对于推动石墨烯材料在电磁波调控领域的应用也具有重要的推动作用。

研究多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面的意义重大，并具有广阔的发展前景。

2. 正文2.1 太赫兹石墨烯超表面的制备方法太赫兹石墨烯超表面的制备方法是一项复杂而精密的工艺过程，需要经过多步骤才能实现。

需要准备高质量的石墨烯材料作为基底，通常采用化学气相沉积或机械剥离法获取单层石墨烯。

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是由一层厚度仅为一个原子的碳原子构成的二维材料。

由于其具有极高的导电性、热传导性、机械强度和化学稳定性，石墨烯有着广泛的应用潜力。

石墨烯的应用受到了其本身表面性质的限制。

为了改善石墨烯的表面性质，需要对其进行表面改性。

表面改性后的石墨烯可以用于涂层材料中，提高涂层的性能和功能。

石墨烯的表面改性主要包括化学修饰和物理修饰两种方法。

化学修饰是通过在石墨烯表面引入化学官能团来改变其表面性质。

常见的化学修饰方法包括氧化、硝化、氯化、磺酸化等。

这些化学修饰可以引入不同的官能团，如羟基、羧基、氯基等，从而改变石墨烯的表面化学性质。

经氧化修饰后的石墨烯表面变得亲水性增强，可以提高涂层的附着力和耐腐蚀性。

物理修饰是通过在石墨烯表面引入微纳米结构来改变其表面形貌和结构。

常见的物理修饰方法包括机械剥离、熔炼、电弧放电等。

这些物理修饰可以在石墨烯表面形成纳米结构，如纳米颗粒、纳米孔等，从而增加石墨烯的表面积和吸附性能。

经物理修饰后的石墨烯表面呈现出多孔结构，可以提高涂层对溶剂和颗粒的吸附能力。

将表面改性后的石墨烯应用于涂层中可以提升涂层的性能和功能。

表面改性后的石墨烯可以作为填料添加到涂层中，用于增加涂层的机械强度、导热性和阻隔性能。

其高导电性和高热传导性可以提高涂层的导电性和导热性，使涂层具有耐高温、防静电、阻燃等功能。

石墨烯表面改性后的亲水性增强，可以提高涂层的附着力和耐腐蚀性。

石墨烯的表面改性还可以通过控制其表面化学性质来实现对涂层中活性物质的选择性吸附和释放。

石墨烯表面引入特定的官能团后，可以吸附和释放特定的物质，从而在涂层中实现对有机溶剂、催化剂、药物等的选择性吸附和释放。

石墨烯材料在化学催化中的应用研究

石墨烯材料在化学催化中的应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构，具有出色的导电性和热导性，被广泛认为是一种具有巨大应用潜力的材料。

在过去的几年里，石墨烯在化学催化领域引起了广泛的关注和研究。

本文将探讨石墨烯材料在化学催化中的应用研究。

首先，石墨烯作为一种催化剂载体具有独特的优势。

由于其高度可调控的结构和表面特性，石墨烯可以作为催化剂的载体，提供更大的活性表面积和更好的反应条件。

石墨烯的高度导电性和热导性还可以促进反应的进行和传递，提高催化剂的效率。

因此，石墨烯被广泛应用于各种催化反应中，如氧气还原反应、氢氧化反应等。

其次，石墨烯本身也具有良好的催化性能。

石墨烯的特殊结构使其具有丰富的活性位点和较大的表面积，这些特性使得石墨烯具有出色的催化性能。

石墨烯可以用作催化剂，催化各种有机反应，如氧化、还原、羰基化等。

此外，石墨烯还可以通过调控其结构和表面性质来改变其催化性能，进一步提高其催化活性和选择性。

另外，石墨烯的复合材料也在化学催化中发挥着重要作用。

通过将石墨烯与其他材料进行复合，可以进一步提高催化剂的性能。

例如，石墨烯与金属纳米颗粒的复合材料可以用作高效的催化剂，用于氧化还原反应和有机合成等。

石墨烯与金属氧化物的复合材料也被广泛应用于催化氧化反应和光催化反应中。

这些复合材料不仅具有石墨烯的导电性和热导性，还具有其他材料的特性，从而实现了催化剂性能的进一步提升。

此外，石墨烯还可以通过功能化改性来增强其催化性能。

通过在石墨烯表面引入不同的官能团，可以调控其化学性质和表面活性，从而实现对催化反应的调控。

例如，将石墨烯与氮掺杂剂功能化，可以提高其催化氧还原反应的活性和选择性。

将石墨烯与硫掺杂剂功能化，则可以用于催化氢氧化反应等。

这些功能化改性的石墨烯材料在化学催化中具有广阔的应用前景。

总之，石墨烯材料在化学催化中具有广泛的应用潜力。

作为催化剂载体、催化剂本身或复合材料的组成部分，石墨烯都能够发挥出色的催化性能。

石墨烯在聚合物改性中的研究进展

石墨烯在聚合物改性中的研究进展一、石墨烯的结构特点石墨烯是由一层层的碳原子按照六角形的结构排列而成，形成了具有二维结构的材料。

石墨烯的晶格结构非常稳定，同时也呈现出了许多独特的性质。

石墨烯具有极高的导电性和热导性，是现有材料中最好的导电材料之一；石墨烯具有超高的拉伸强度和模量，是目前已知的最强硬的材料之一；石墨烯还具有极大的比表面积，对气体、溶液中的分子具有很强的吸附能力。

这些独特的结构特点赋予了石墨烯在聚合物改性中独特的优势和应用价值。

二、聚合物改性的技术手段1. 石墨烯增强聚合物复合材料的制备2. 石墨烯改性聚合物的界面调控石墨烯与聚合物之间的界面相互作用对于复合材料的性能起着至关重要的作用。

研究人员通过对石墨烯进行化学修饰，改善了石墨烯与聚合物的相容性，使其能够更好地与聚合物基体相互作用。

也有研究表明，通过在石墨烯表面引入功能化基团，可以提高石墨烯与聚合物的结合强度和界面附着力，从而有效地提升复合材料的性能。

3. 石墨烯的多功能应用除了作为填料材料外，石墨烯本身也具有多种功能，如光学、电磁、生物等功能。

研究人员还将石墨烯与其他功能性材料相结合，制备出了具有多种功能的石墨烯复合材料，如石墨烯纳米复合薄膜、石墨烯导电材料、石墨烯生物医用材料等。

这些多功能复合材料在光电子器件、生物医学领域等方面都具有广阔的应用前景。

四、研究现状及展望目前，石墨烯在聚合物改性领域的研究已经取得了许多重要的成果，但也面临着一些挑战。

石墨烯的制备和处理技术仍然比较复杂和昂贵，需要进一步降低成本，提高产量；石墨烯与聚合物的界面相容性和相互作用机制还不够清晰，需要进一步深入研究；石墨烯在复合材料中的应用还存在一些问题，如在工程应用中的大规模制备、稳定性和耐久性等方面需要进一步完善。

展望未来，随着石墨烯在聚合物改性中的研究逐渐深入，相信石墨烯基聚合物复合材料将会得到进一步的发展和应用。

未来的研究方向主要包括：石墨烯的大规模制备技术、石墨烯与聚合物的界面调控技术、石墨烯复合材料的性能优化等方面。

功能化石墨烯的制备及应用

功能化石墨烯的制备及应用石墨烯是一种由碳原子组成的一层厚的二维结构材料，具有高导电性、高导热性、超高比表面积、良好的机械性能和化学稳定性等优异特性，因而成为材料领域研究的热点和前沿。

为了实现石墨烯的工业化应用，需要针对其性质进行各种功能化修饰。

因此，本文将着重讨论以石墨烯为原材料的功能化修饰技术和应用。

一、石墨烯的制备技术石墨烯的制备技术可以分为机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法、物理气相沉积法和氧化石墨烯还原法等多种方法，其中机械剥离法和化学气相沉积法的应用最为广泛。

机械剥离法是将石墨材料通过力学剥离的方式制备石墨烯。

这种方法成本低廉，制备出的石墨烯品质较好，但是缺点也很明显，即杂质杂质多，生产成本高。

化学气相沉积法是利用金属或者金属化合物的催化作用，在高温的条件下将碳源分子分解产生石墨烯。

这种方法制备的石墨烯质量较好，生产效率也比较高，但是都要在特定高温高压及真空的条件下进行，对设备和技术要求较高。

二、石墨烯的功能化修饰技术石墨烯的功能化修饰主要是指针对石墨烯表面进行不同的化学修饰，以改变石墨烯的物理、化学性质。

主要包括氧化、还原、功能化、掺杂等多种方法。

1. 氧化石墨烯：将石墨烯表面的碳与氧作用结合，形成氧化石墨烯。

石墨烯的氧化可以在其表面形成和羟基、羧基、酮基等官能团，可以提高石墨烯与其他化学物质的响应性，也降低了其电导率。

氧化石墨烯的制备简单，但是对于石墨烯的电导性能和结构有一定的影响。

2. 还原石墨烯：将氧化石墨烯进行还原，可以恢复石墨烯的电学性质。

还原石墨烯还可以在石墨烯表面引入被还原的杂原子，进而实现对石墨烯各种性质的修饰。

3. 功能化石墨烯：通过引入不同的官能团和分子可以实现石墨烯的功能化。

功能化的目的是在石墨烯的表表面引入各种化学结构，改变石墨烯的性质，如增强机械性能、改变热学性质等。

常用官能团有COOH、OH、NH2等。

4. 掺杂石墨烯：通过引入异型原子或者化合物到石墨烯中实现对石墨烯的掺杂修饰，进而改变其电学性质、光学性质、磁学性质等。

石墨烯表面处理技术

石墨烯表面处理技术石墨烯表面处理技术是一种对石墨烯进行化学修饰和功能化的方法，可以改变石墨烯的特性和应用范围。

石墨烯作为一种二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能，因此在能源存储、传感器、电子器件等领域具有广泛的应用前景。

然而，石墨烯的应用受到其本身的特殊结构和化学惰性的限制，需要通过表面处理来改善其性能和功能。

石墨烯表面处理技术主要包括物理和化学两种方法。

物理方法包括机械剥离、离子注入和高温退火等，可以改变石墨烯的形貌和结构。

化学方法则通过在石墨烯表面引入不同的官能团，改变其化学性质和功能。

在物理方法中，机械剥离是一种常用的制备石墨烯的方法。

通过在石墨晶体表面施加机械力，可以使石墨晶体层层剥离，最终得到单层的石墨烯。

这种方法简单易行，但是得到的石墨烯质量和尺寸有限。

离子注入则是通过将离子加速到高能量，使其撞击到石墨烯表面，从而改变石墨烯的性质。

高温退火则是将石墨烯加热到高温，使其分子间的键重新排列，修复石墨烯的结构缺陷。

化学方法中，最常用的是氧化石墨烯（GO）的还原。

氧化石墨烯是一种将石墨烯表面引入氧官能团的方法，可以增加石墨烯的亲水性和分散性。

通过还原氧化石墨烯，可以去除氧官能团，得到还原石墨烯（rGO）。

rGO具有良好的导电性和机械性能，可以用于电子器件和储能材料。

此外，还可以通过在石墨烯表面引入其他官能团，如氨基、羟基等，来赋予石墨烯特定的性质和功能。

石墨烯表面处理技术可以改变石墨烯的物理性质和化学活性，从而扩展其应用领域。

例如，在电子器件方面，通过在石墨烯表面引入氧化物或金属纳米颗粒，可以制备石墨烯场效应晶体管和石墨烯超级电容器。

在储能材料方面，将石墨烯表面进行氮掺杂或磷掺杂，可以提高其储能性能，用于制备超级电池和超级电容器。

此外，石墨烯表面处理技术还可以用于制备石墨烯基传感器，通过在石墨烯表面引入特定的官能团，实现对特定气体或化学物质的高灵敏检测。

石墨烯表面处理技术是一种对石墨烯进行化学修饰和功能化的方法，可以改变石墨烯的性质和功能，扩展其应用领域。

石墨烯的功能化研究进展石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的教授

石墨烯的功能化研究进展石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的教授安德烈•海姆等报道后，以其独特的性能引起了科学家的广泛关注，被预测在许多领域引起革命性变化。

但石墨烯在应用方面，还面临着一个重要的挑战，就是如何实现其可控功能化。

为了充分发挥其优良性质，必须对石墨烯进行有效的功能化。

功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。

因此本文将重点介绍石墨烯非共价键、共价键、及掺杂功能化领域的最新进展，并对今后石墨烯功能化的研究方向进行了展望。

一、石墨烯非共价键功能化1．一相互作用石墨烯中的碳原子通过sp杂化形成高度离域的n电子，这些n 电子与其它具有大n共轭结构物质可通过一相互作用相结合，使石墨烯实现良好的分散，此方法在石墨烯的非共价键功能化中应用最为普遍。

She 等研究了石墨烯与聚苯乙烯基体在熔融状态下的相互作用，研究发现这两种物质的相互作用明显增强，其归因于在熔融状态下石墨烯与聚苯乙烯强的相互作用，从而为大量制备这种复合物提供了条件。

进一步研究发现，这种复合物在一些溶剂中表现出良好的溶解性，并且复合物中的苯乙烯链可以有效防止石墨烯薄片聚集，表现出均匀的分散性和优异的电性能。

Zhang 等通过—作用制备了多壁碳纳米管与氧化石墨烯的复合物。

他们将碳纳米管与氧化石墨烯超声混合后，离心去除少量不溶物就得到稳定存在的复合物溶液。

2．亲分子与石墨烯之间的相互作用双亲分子在溶液表面能定向排列，它的分子结构中一端为亲水基团，一端为憎水基团。

表面活性剂与石墨烯结合时，它的憎水基团与石墨烯会通过疏水作用相结合，另一端暴露在外面与水亲和，因此石墨烯就会通过与表面活性剂的结合而溶于水中。

魏伟等, 通过测试石墨烯分散液的吸光度，比较了几种表面活性剂分散石墨烯的能力。

经研究发现聚乙烯吡咯烷酮这种“色” 、低成本的表面活性剂，具有很好的分散能力。

通过提高聚乙烯毗咯烷溶液浓度，可以得到浓度高达1．3mg ／mL 的石墨烯分散液，这种高浓度石墨烯分散液可以在气液界面自组装得到石墨烯膜，这种无支撑石墨烯膜具有平整的表面和规则的结构，在很多领域都有良好的潜在应用价值。

石墨烯的功能化改性及应用研究

石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。

自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。

然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。

因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。

功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。

改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。

通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。

氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。

还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。

官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。

这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。

共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。

经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。

在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。

在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。

在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。

功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。

尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。

功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。

石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。

石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。

本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。

通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。

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·３４·
材料导报Ｂ：研究篇
下）第２０１２年２月（６卷第２期２
１实验
１．１氧化石墨的制备
以天然鳞片石墨为原料，采用Ｈｕｍｍｅｒｓ法
［１３］
）且２处的石墨（衍射峰完全层间距为０．７０２ｎｍ，６．５ ° ００２ θ＝２消失，说明原始石墨已经完全被氧化，且层间距得到大幅度提高，这样相邻层间范德华力减小，易于通过热膨胀得到单制备ＧＯ。（））中，均出现宽的衍射峰且衍射角明层石墨烯。图３ｃ－（ｆ显向右移动而靠近天然石墨（衍射峰，表明Ｇ００２）Ｏ中的含氧官能团已部分脱除，热膨胀所得石墨烯为无定形态，但不主要是因同温度处理下石墨烯的ＸＲＤ谱图差别不太明显，后续的为真空辅助下，２５０℃ 低温时ＧＯ就已经发生热膨胀，温度处理对石墨烯的晶格结构影响不大。
）２０１０ＷＴ１要从事石墨烯的制备与性能研究Ｅ－ｍ通讯ａｎｍａｎｕｏ８７１１０７＠１１９８７年生，ａｉｌ６３．ｃｏｍ杨永岗：杨芒果：ｙｇｇｇ：：作者，研究员Ｔａｎｅｌ０３５１４０４９０６１ａｉｌｙｘｉｃｃ．ａｃ．ｃｎ－Ｅ－ｍ＠ｓｇｙｇ
２［４］
入开展，石墨烯制备方法亦日趋丰富
［５，６］
，目前已发展出微机
７］８］９］１０］、、、外延生长［气相沉积［化学剥离［等多种方械剥离［
法。其中，化学剥离法是以天然石墨为原料，首先通过液相，氧化法制得氧化石墨（该过程中石墨晶体被一阶插层ＧＯ）同时石墨层间及边缘引入大量含氧官能而使层间距扩大，团。一方面，这种石墨层间化合物极易被超声剥离形成氧化石墨烯水溶胶，在保持单分散状态下对其化学还原即可获得
（，，，１ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＣａｒｂｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏａｌＣｈｅｍｉｓｔｒＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＴａｉｕａｎ０３０００１；ｙｙｙｙｙ，）２ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｉｎ１０００４９ｙｙｊｇＡｂｓｔｒａｃｔｉｎｌｅｌａｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｈｅｅｔｓｗｅｒｅｖｉａｔｈｅｒｍａｌｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎｏｆｏｘｉｄｅ（ＧＯ）ｒａｈｅｎｅｒｅａｒｅｄｒａｈｉｔｅＳ－ｇｙｇｐｐｐｇｐ，ｒｅａｒｅｄｒａｈｅｎｅｉｎｈｉｈｖａｃｕｕｍｅｎｖｉｏｒｍｅｎｔ．Ｔｈｅａｓｓｈｅｅｔｓｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒａｎｎｅａｌｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄａ－ｐｐｇｐｇｐ，ｗｏｆｒａｈｅｎｅｓａｍｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｗｅｒｅｔｈｕｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒａｈｅｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｔｈｄｉｆｆｅｓｅｒｉｅｓ－ｇｐｐｇｐ，ｗ，Ｘ，Ｘｈｏｔｏｅｒｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｅｒａｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｒａ－－－ｐｙｐｙｙｌｅｃｔｒｏｎｓｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｃｔｒｏｓｃｏ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｔｅｓａｎｄａｍｏｕｎｔｓｏｆｐｐｙｐｐｙｙｐｏｘｅｎｒａｈｅｎｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｓｅｃｉｅｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎ－－ｙｇｇｐｇｐｐｃｒｅａｓｅｄ．，，，，ｒａｈｅｎｅｒａｈｉｔｅＫｅｗｏｒｄｓｏｘｉｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓｔｈｅｒｍａｌｅｘａｎｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｇｐｇｐｐｙ
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功能化石墨烯片的表面性能调控／杨芒果等
·３３·
功能化石墨烯片的表面性能调控＊
２２２，孔庆强１，，陈成猛１，，杨永岗１，温月芳１，杨芒果１，王茂章１
（）中国科学院山西煤炭化学研究所，太原０北京１１中国科学院炭材料重点实验室，３０００１；２中国科学院研究生院，０００４９摘要以氧化石墨为前驱体，采用真空辅助热膨胀法在低温下即获得功能化石墨烯片。将所得石墨烯在不同制备了表面化学结构不同的石墨烯片，并用透射电子显微镜、傅里叶温度下热处理，Ｘ射线衍射、Ｘ射线光电子能谱、变换红外光谱等方法对样品进行分析表征。结果表明，还原氧化石墨烯片中含氧官能团的种类和数量均随热还原温度的升高而减小。关键词石墨烯氧化石墨功能化热膨胀还原中图分类号：ＴＱ１２文献标识码：Ａ
体，厚度仅为０．是目前世界上可制得的最薄物质３３５ｎｍ，
［１］
。
、与已发现的其它维度纳米炭材料如富勒烯（碳纳米管０Ｄ）（和石墨（不同，依托典型的二维结构，石墨烯表现出１Ｄ）３Ｄ）特殊的物理、化学及量子学行为，成为近年来科研界关注的石墨烯具有极高的电子迁移率（焦点。研究发现， σ＞［［２２］３］（）），拉伸模量可达１且理论比表２５００００ｃｍ／Ｖ·ｓＴＰａ，面积高达２随石墨烯研究的深６３０ｍ／００４年以来，ｇ。自２
首先将１０ａＮＯ３０ｍＬ浓ｇ干燥的石墨粉和５ｇ无水Ｎ３与２，在冰浴下搅拌混合均匀再缓慢加入Ｈ２ＳＯ１０ｍｉｎ３０ｇ４（；继续搅拌１控制反应温度不超过２然后ＫＭｎＯ０ｍｉｎ０℃ ）４，将此悬浮液转移到３搅拌１再缓慢加入５℃ 的水浴中，ｈ，；反应剧烈放热）最后将此混合物移至４６０ｍＬ去离子水（，搅拌１溶液由棕黄色变为亮黄色。待反９８℃ 的水浴中，５ｍｉｎ应结束后，将１．４Ｌ去离子水和２００ｍＬ质量分数为３０％的以去除残余的ＫＭＨ２ＯｎＯｎＯ２加入到溶液中，４以及Ｍ２。过滤，水洗数次至溶液呈中性，将过滤产物在６０℃ 真空干燥４８ｈ待用。
０引言
２石墨烯作为单碳原子层厚度二维ｓｐ键合的蜂窝状晶
导电石墨烯单片；另一方面，在惰性气氛下，对ＧＯ进行快速
１１］１２］。吕伟等［也可解离出功能化石墨烯微片［升温热膨胀，
的研究表明，在真空环境下对Ｇ可在较低温度Ｏ快速升温，下实现功能化石墨烯片的单片剥离。所制备的石墨烯一方面被部分还原，导电性大幅提升；另一方面，也保留了较多的如残余的酸性含氧官能团及官能团分解留下的晶活性位点（，格缺陷等）增强了所得石墨烯的表面活性。这些活性位点为后续的表面改性（如异相掺杂、金属担载）和电子调控提供奠定了石墨烯表面化学的物质基础。了良好的平台，本实验通过对ＧＯ真空辅助热膨胀成功制备了功能化，石墨烯片并对所得产物在不同温度下进行了梯度炭化处获得了具有不同表面性质的石墨烯样品。其间，着重研理，究了氧化石墨及功能化石墨烯片在热还原过程中的表面形貌、晶体结构、元素组成、官能团含量等随温度的变化规律，为今后规模化生产提供理论和实验依据。同时，预估该系列石墨烯材料在超级电容器、锂离子电池、异相催化和纳米复合材料等领域具有广阔的应用前景。