新型功能材料--石墨烯的制备及应用研究进展
石墨烯气凝胶的制备方法及去除水中抗生素研究进展
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性，在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺，作为一种导电聚合物，具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合，可以充分发挥两者的优势，提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质，然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后，通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试，分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力，并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究，旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积（CVD）法、氧化还原法或剥离法实现。
其中，氧化还原法是最常用的一种方法，它通过将天然石墨与强氧化剂反应，生成氧化石墨，再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来，我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行，如使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合，生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中，溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后加入聚苯胺溶液，通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后，通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能，我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯复合材料的制备、性能与应用
石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要：纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。
它是现代科学技术的重要内容，也是未来技术的主流。
是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。
石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。
由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。
综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。
关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文;一，石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料，其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
研究表明，石墨烯具有优良的电学性质，力学性能及可加工性。
石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题，如何简单，快速，绿色地制备其复合材料，而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。
通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。
通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。
采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。
研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。
通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。
制备的复合材料具有优良的导电性，同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。
本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点，渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。
石墨烯的化学研究进展105
石墨烯的化学研究进展摘要：石墨烯材料自身具备较强的光学性能与电学性能，近几年在化学制备与改良方面具有显著的成效。
由于自身所具备的独特性能，导致其在多个领域得到广泛的使用。
本文结合石墨烯的化学研究展开进一步研究与分析，进而对石墨烯化学制备与改良性等方面展开深入的探讨。
关键词：石墨烯；化学研究；进展分析石墨烯是由碳原子形成的二维晶体，其厚度只有一层原子，在最早是由英国曼彻斯特大学所发现。
石墨烯具有自身独特的性能，例如光学性能与电学性能，在应用过程中具有较为深远的商业价值。
但是在应用之前，要具备较为完善的复制的制备，由于物理方法对石墨烯制备具有较低的可控性，然而化学制备不同。
1.石墨烯石墨具有三维的层状结构，如果层数小于10，表面的电子状态会与普通的石墨存在显著的区别，因此，层数在10以下的石墨则为石墨烯，并非是单层。
石墨烯的晶体结构与苯环存在类似之处，不论是力学性质，还是结构的刚性都较为优异，并具备一定的硬度，自身具备良好的导电性能，也是目前世界上最坚硬、最薄的纳米材料，能够被应用于电子元件中。
石墨烯具有较强的导热性能，也是目前导热性能最强的碳材料。
除此之外，石墨烯还具有较强的光学特性，即便看上去是透明的，但是对光的吸收能力较弱。
2.石墨烯的化学制备2.1石墨烯氧化物在应用石墨烯的过程中，要选择大规模可以复制的制备，在此过程中，要将石墨烯的结构进行规整，控制好其厚度与尺寸。
借助物理方法的制备往往很难进行控制，不能进行大规模的制备。
化学制备与之相比，具有一定的可行性。
石墨烯的厚度会受到其表面与性质的影响，只有有效地控制石墨烯的厚度，才能够确保其性能得以灵活的调变。
一直以来，制备大面积、高质量的石墨烯一直是相关研究领域所研究的重要课题。
如果在常温的环境下，氧化还原法是制备石墨烯最为普遍的一种方法。
氧化还原的装置较为简易，其操作过程具有流程化与规模化，即便是在装备维护上，也不会投入较高的资金。
其中最为重要的一项即借助氧化还原的方法能够将工艺沉积至基底上，便于组装。
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。
氧化石墨烯的制备方法、结构、性质及应用研究进展
第５１卷第７期２０２２年７月应 用 化 工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.５１Ｎｏ.７Ｊｕｌ.２０２２
收稿日期:２０２１￣０４￣１６ 修改稿日期:２０２１￣０５￣２７基金项目:山东省中央引导地方科技发展项目(ＹＤＺＸ２０２０３７００００２５０１)作者简介:张笑娟(１９９７－)ꎬ女ꎬ河南西华人ꎬ哈尔滨工业大学(威海)在读硕士ꎬ师从任秀莲教授ꎬ主要从事氧化石墨烯的制备与纯化的研究ꎮ电话:187****8955ꎬE－ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｘｉａｏｊｕａｎｈｘｈｇ＠１２６.ｃｏｍ通信作者:任秀莲(１９６３－)ꎬ女ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要从事分离科学与技术的研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｒｅｎｘｉｕｌｉａｎ＠１２６.ｃｏｍ
氧化石墨烯的制备方法、结构、性质及应用研究进展
张笑娟ꎬ魏琦峰ꎬ任秀莲(哈尔滨工业大学(威海)海洋科学与技术学院ꎬ山东威海 ２６４２００)摘 要:对氧化石墨烯(ＧＯ)的制备与纯化方法进行了综述ꎬ总结了包括Ｂｒｏｄｉｅ法、Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ法、Ｈｕｍｍｅｒｓ法、有机物氧化法及电化学法等方法的优缺点ꎮ介绍了ＧＯ的动态结构模型、Ｌｅｒｆ￣Ｋｌｉｎｏｗｓｋｉ模型、两组分模型等结构模型ꎮ此外ꎬ对ＧＯ的机械性能、电化学、光学、热学性质以及在水和极性有机溶剂中的分散性能等进行了总结ꎮ基于ＧＯ可功能化改性等物理化学性质ꎬ对ＧＯ在复合材料、电池、废水处理等领域的应用进行了介绍ꎬ为氧化石墨烯及
石墨烯的功能材料开发提供了依据ꎮ关键词:氧化石墨烯ꎻ制备ꎻ结构ꎻ性质中图分类号:ＴＱ１２７.１１ꎻＴＢ３８３ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－３２０６(２０２２)０７－２１０６－０７
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓꎬ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ＺＨＡＮＧＸｉａｏ￣ｊｕａｎꎬＷＥＩＱｉ￣ｆｅｎｇꎬＲＥＮＸｉｕ￣ｌｉａｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(Ｗｅｉｈａｉ)ꎬＷｅｉｈａｉ２６４２００ꎬＣｈｉｎａ)
《磁性氧化石墨烯复合材料的制备及其吸附性能的研究》
《磁性氧化石墨烯复合材料的制备及其吸附性能的研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重，水处理技术成为了科研领域的重要研究方向。
磁性氧化石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在废水处理领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法，并探讨其吸附性能，以期为环境保护和水处理领域提供新的思路和解决方案。
二、磁性氧化石墨烯复合材料的制备1. 材料选择与预处理本研究所选用的原料包括石墨烯、磁性材料以及氧化剂等。
在制备过程中，首先对石墨烯进行预处理，以提高其反应活性。
预处理方法包括对石墨烯进行表面氧化和功能化处理，使其具有更多的活性位点。
2. 制备过程磁性氧化石墨烯复合材料的制备采用化学法。
首先将磁性材料与氧化剂混合，然后在一定温度下进行反应，使磁性材料表面形成氧化物层。
接着将预处理后的石墨烯与磁性氧化物进行混合，通过高温反应使两者结合形成复合材料。
3. 制备条件优化在制备过程中，我们通过调整反应温度、反应时间、原料配比等条件，优化了磁性氧化石墨烯复合材料的制备工艺。
经过多次试验，我们找到了最佳的制备条件。
三、磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能研究1. 吸附性能测试为了研究磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能，我们进行了多组吸附实验。
实验中，我们将不同浓度的污染物溶液与磁性氧化石墨烯复合材料混合，然后测定溶液中污染物的浓度变化。
实验结果表明，磁性氧化石墨烯复合材料对多种污染物具有良好的吸附性能。
2. 影响因素分析我们进一步分析了影响磁性氧化石墨烯复合材料吸附性能的因素。
实验结果表明，吸附性能受溶液pH值、温度、污染物种类及浓度等因素的影响。
在一定的pH值范围内，磁性氧化石墨烯复合材料对污染物的吸附能力较强；而在高温条件下，吸附能力有所提高；不同种类的污染物对吸附性能的影响也不同。
四、结论本研究成功制备了磁性氧化石墨烯复合材料，并对其吸附性能进行了研究。
实验结果表明，该复合材料具有良好的吸附性能，能够有效地去除多种污染物。
人类目前最强功能材料-石墨烯
实验证明
从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强 度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现 刊登于近期的《科学》杂志，作者是两位哥伦比亚大 学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。
Changgu Lee, et al. Graphene Measurement of th Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Science 321, 385 (2008);
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 压力才能使1米长的石墨烯断裂。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的（厚度约100纳 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 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的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。
三、石墨烯特性 ： 电子运输 在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）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，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界 都认为完美的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 别上的微观扭曲。 石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导 =2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍， 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 石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展结合当前利用石墨烯材料特殊二维结构、优良物理化学特性来改善锂离子电池较低能量密度、较差循环性能等缺陷的研究热点，综述石墨烯材料及石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用研究进展，指出现有电极材料的缺陷和不足，讨论作为锂离子电池电极的石墨烯复合材料结构与功能调控的重要性，并简要评述石墨烯在相关领域中所面临的挑战和发展前景。
标签：石墨烯;锂离子电池;负极材料石墨烯是一种结构独特并且性能优异的新型材料，它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1，2]。
由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，特别是在未来实现基于石墨烯材料的高能量密度、高功率密度应用有着非常重要的理论和工程价值。
理想的石墨烯是真正的表面性固体，其所有碳原子均暴露在表面，具有用作锂离子电池负极材料的独特优势：（1）石墨烯具有超大的比表面积，比表面积的增大可以降低电池极化，减少电池因极化造成的能量损失。
（2）石墨烯具有优良的导电和导热特性，即本身已具有了良好的电子传输通道，而良好的导热性确保了其在使用中的稳定性。
（3）在聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于Li+的扩散传输。
因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高。
1 石墨烯直接作为锂离子电池负极材料商业化锂离子电池石墨负极的理论容量为372 mAh/g。
为实现锂离子电池的高功率密度和高能量密度，提高锂离子电池负极材料的容量是一个关键性问题。
无序或比表面积高的热还原石墨烯材料具有大量的微孔缺陷，能够提高可逆储锂容量。
因此，相对石墨材料，石墨烯的储锂优点有：（1）高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入?脱嵌，比容量可达到700～2000 mAh/g，远超过石墨材料的理论比容量372 mAh/g（LiC6）;（2）高充放电速率：多层石墨烯材料的面内结构与石墨的相同，但其层间距离要明显大于石墨的层间距，因而更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。
石墨烯的研究进展
石墨烯的研究进展刘乐浩，李铁虎，赵廷凯，王大为(西北工业大学材料科学与工程学院，西安710072)摘要石墨烯是碳的又一同素异形体，具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能，成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。
全面综述了近几年来石墨烯的制备方法，洋细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电弧法、化学气相沉积法的优缺点，并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题，提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。
还结合石墨烯的结构和特性，概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展，并展望了其主要研究方向和发展趋势。
关键词石墨烯制备方法应用中图分类号：〇613. 71 文献标识码：Research Progress on GrapheneLIU Lehao，LI Tiehu，ZHAO Tingkai，WANG Dawei (School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi，an 710072)Abstract As an allotrope of carbon，graphene has become a research hotspot due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical，electrical，optical and thermal properties. Synthesis of graphene via different approaches ，such as micro mechanical stripping， chemical stripping， chemical synthesis， epitaxial growth， arc dis- charge，and chemical vapor deposition， are discussed in detail， and strategies for producing homogeneous graphene with improved yield and structural stability while limiting its pollution are proposed. Also application progress of gre- phene in polymer composites，micro electronics， optics， energy and biomedicine are summarized， and the main research direction and development trend are imagined.Key words graphene，preparation methods，applicationo引言富勒烯[1]和碳纳米管[2]已经成为碳材料研究的热点，而在2004年，Geim等[3]又发现了碳的又一同素异形体——石墨烯（Graphene)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
新型功能材料--石墨烯的制备及应用研究进展 摘要:石墨烯因其独特的结构和优异的性能, 近年来已成为国内外研
究的热点。本文综述了石墨烯的结构、重要的制备方法包括剥离法、化学气相沉积法、SiC外延生长法、氧化石墨烯还原法等，以及其在电子器件、电容器、场发射、复合材料、储能等领域应用的研究进展。探讨了石墨烯真正走向应用领域需要解决的问题。最后评述了石墨烯纳米材料研究的发展趋势和应用前景。
关键词：石墨烯，制备，应用，复合材料 Novel functional materials - Study progress of preparation and applications of graphene
Abstract Graphene has a unique structure andexcellent performance,
and become a hot topic at home and abroad in recent years.This article reviews the graphene structures, important preparation methods including stripping method, chemical vapor deposition, SiC epitaxial growth method, graphene oxide reduction process ect., and the reseach progress of its applications for electronic devices, condensers, field emission, composites, energy storage, etc..The problems in the fields of applications needed to be solved are proposed. In the end, the research developing trends and application prospect of graphene nanomaterials are commented.
Keywords graphene; preparation; application; composite materials
1 引言 石墨烯( graphene，GE )是一种由sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状二维碳质新材料，其厚度只有0.335nm ( 图1)。 2004年曼彻斯特大学物理学教授Geim等用胶带剥离石墨晶体首次获得了石墨烯。石墨烯是其他各种碳材料的基本结构单元，它可以翘 曲成零维的富勒烯(fullerence)、卷曲成一维的碳纳米管(carbon nanotube,CNT )、堆垛成三维的石墨晶体(graphite)(图2)。最近已经有将碳纳米管解开(unzip)制成石墨烯［1,2］和用石墨烯合成碳纳米管、富勒烯[3]的相关报道。
图1 石墨烯结构示意图 Fig. 1 Basic structure of graphene
石墨烯表现出许多优异的性质，例如石墨烯是世界上最坚固的材料
(杨氏模量1.7TPa),理论比表面积高达2630m2/g，具有良好的导热性(5000W/(m.k))和室温下高速的电子迁移率(200000cm2/(V.s))。同时，其独特的结构使其具有完美的量子霍尔效应独特的量子隧道效应双极电场效应等特殊的性质[4-5]。 图2 石墨烯是构筑其他维数碳质材料的基本单元 Fig.2 Graphene is a 2D building unit for carbon materials of all other dimensionalities
由于石墨烯优异的性能，极大的比表面积和较低的生产成本( 相对于
碳纳米管),非常适合于开发高性能的复合材料。石墨烯各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形来适应外力，而不必使碳原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。石墨烯中的电子在轨道中运动时，不会因晶格缺陷或掺杂原子而发生散射。由于原子间作用力较强，即使在常温下周围碳原子间发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯是一种新型的、最薄的、结构稳定的碳纳米材料，其性质与结构和形貌密切相关，其制备方法又决定了石墨烯的结构和形貌。本文综述了石墨烯的制备方法、结构、以及应用研究进展，探讨了该研究领域亟待解决的问题以及发展方向。 2 制备 2.1剥离法 剥离法分为机械和化学剥离两种。 机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度取向热解石墨晶体表面剥离开来。2010 年诺贝尔物理学奖得主 Novoselov和Geim等[6]就是采用此法制备石墨烯并确认其存在的。Kalugin等[7]采用机械剥离法制得 Ω 型石墨烯纳米线。该石墨烯纳米线的直径在8~35 nm 。 化学剥离法是首先用强氧化剂将石墨氧化成氧化石墨，层边缘的大量官能团可使石墨层间距变大，因此氧化石墨经过适当的超声震荡处理极易在水溶液或者有机溶剂中分散成单或几层氧化石墨烯，然后经过还原处理制得石墨烯。常用的氧化剂包括KMnO4、浓HNO3以及KClO3 等；还原剂有水合肼、二甲肼、对苯二酚、烷基锂和NaBH4等。Lu等[8]将石墨和高定向裂解石墨作为阳极，Pt作为阴极，并将两者浸没在离子液体中电化学剥离石墨制得带荧光的石墨烯纳米带。Si 等[9]使用NaBH4将氧化石墨的部分含氧官能团还原，然后将其磺化，再用水合肼还原剩余的含氧官能团，最后将得到的含有少量的磺酸基的石墨分散在pH值为3~10的水溶液中得到石墨烯。该石墨烯中含有少量的含氧官能团，其原料中大部分含氧官能团在实验中被还原，电导率为1 250 S/m。Choi等[10]采用石墨为原料，将有机分子通过共价键结合在石墨的边缘，然后将边缘官能化的石墨分散在 N-甲基-2-吡咯烷酮中，最后将其剥离制得石墨烯薄片。 2.2 化学气相沉积法 化学气相沉积（CVD）是近几十年发展起来的制备碳纳米材料的新技术，也是比较有希望成为大量制备石墨烯的方法。目前，在适当工艺条件下，研究者们已经利用碳氢化合物气体为碳源，在SiO2、Si 、Cu、Co、Ni、Pt和Ir 等基底上催化裂解制得石墨烯。Wang等[11]使用CH4 为原料，Co/MgO 为催化剂，在Ar气氛和1000℃的条件下采用 CVD法制得石墨烯薄片。该石墨烯相互随机地堆叠在一起，含有粒子数分数为 5.4%的氧元素，其可能是吸附空气中的氧造成的。Li 等[12]使用CH4 和H2 为原料，在1000℃的条件下，采用 CVD法在Cu箔上沉积制得石墨烯膜。研究发现，碳难溶于 Cu中有助于石墨烯膜的生成。Malesevic等[13]使用 CH4 和H2 为原料，采用微波等离子增强 CVD法在基底上沉积制得垂直排列的石墨烯。CVD法制备石墨烯的过程，温度不高、条件温和，适宜制备缺陷较少，形貌可控的石墨烯材料。 2.3 SiC外延生长法 SiC外延生长法主要通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯，其主要过程是将氧离子刻蚀的6H-SiC在高真空下用电子轰击加热去除氧化物，再将样品加热至1300℃左右形成极薄的石墨层 石墨烯的层厚主要由加热温度决定。 Berger等[14]用 外延生长法制备出单层和多层石墨烯薄片并研究了其性能，研究发现在单晶SiC基底上经真空石墨化可获得超薄外延石墨烯，该方法能得到单一结构的石墨烯。Heer等[15]将SiC置于1300℃和1.33 x 10-10Pa高真空下，将SiC薄膜中的Si原子蒸发出来，生成连续的石墨烯薄膜 研究发现这种方法制备的石墨烯薄膜厚度仅为1-2碳原子层，制备出的石墨烯薄膜遵循狄拉克方程，具有高的载流子迁移率，但没有表现出量子霍尔效应，且石墨烯表面的电子性质受SiC衬底的影响很大。SiC外延生长法可获得单层(或多层)大面积的石墨烯，但是制备条件苛刻，需要高温和超高真空，且SiC材料昂贵，限制该方法的大规模推广应用。 2.4氧化石墨烯还原法 氧化石墨烯还原法是将石墨转变为氧化石墨烯，再将氧化石墨烯还原制备石墨烯 该方法所需原料石墨价廉易得且制备过程简单，是目前最有可能实现大规模制备石墨烯的方法。 Geng等[16]研究了纳米石墨薄片和石墨烯薄片的制备方法: 先将天然石墨片用超声波在甲酸中直接进行剥离，再经过2个步骤: 1)纳米石墨片(GNPs) 化学氧化变成氧化石墨薄片( GONPs)；2)氧化石墨薄片化学还原成石墨烯; 用已制备出的GNPs可以得到稳定分散在水中的石墨烯。Si等[17]通过间歇性还原制备了水溶性的石墨烯，即先用NaBH4对氧化石墨进行部分还原，然后在部分还原的氧化石墨上引入苯磺酸基团，再用水合肼进行彻底的还原得到石墨烯。该方法制备的石墨烯在浓度为2 mg/mL以下时能够稳定分散在PH为 3-10的水中。 3 应用 3.1复合材料 复合材料是以一种材料为基体，添加一种或一种以上其他材料组合而成的材料。各种组成材料在性能上互补，使复合材料的性能优于原组成材料，从而满足不同的应用需求。石墨烯的复合材料包括石墨烯/金属或金属氧化物、石墨烯/聚合物，石墨烯/陶瓷复合材料等。 3.1.1石墨烯/金属或金属氧化物复合材料 Zhang等[18]将Fe3+沉积在石墨薄片的层间制得 Fe3O4/石墨烯复合材料。该复合材料作为锂离子电池的电极材料显示出可逆的容量和较好的可循环的特性。在5℃时，比容量为 350 mAh/g。Lu等[19]分别将ZnO/石墨烯和SnO2/石墨烯复合膜作为电极应用于超级电容器中。电化学阻抗谱研究结果表明，与纯石墨烯和SnO2/石墨烯相比，ZnO/石墨烯具有更高的容量值（61.7 F/g），最大功率密度为 4.8×103 W/kg。沈小平等人[20]用石墨烯代替石墨作为锂离子电池(LIB)的正极材料，发现石墨烯的可逆储锂容量(650 )远大石墨(372mAh/g) ，而且有着更好的循环稳定性。充放电循环100次后，仍然维持460mAh/g的容量。 3.1.2 石墨烯/聚合物复合材料 Ruoff等［21］报道了首个石墨烯复合材料----石墨烯聚苯乙烯导电复合材料.研究表明，将石墨烯分散到聚合物中，能极大地改善聚合物的机械热学和电学性能。Wang等[22]采用原位阴极电聚合法制得了柔软的石墨烯/聚苯胺复合纸，该种复合纸具有良好的抗拉强度