石墨烯的功能化
石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用

石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用作者:关凤华来源:《中国校外教育·高教(下旬)》2014年第14期摘要:石墨烯从被发现到现在,已经经历了十年的时间。
从当初的概念材料变成现实中真正的材料,石墨烯已经在各个领域得到了非常广泛的应用,尤其是化学领域,对石墨烯的关注一直居高不下,对石墨烯的应用前景有非常大的信心。
关键词:石墨烯制备功能化化学应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,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,直到2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖格夫成功地在实验中分离出石墨烯,从而证实它可以单独存在。
石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光,是一种透明、良好的导体,因此应用领域非常广泛,兼具良好的军事和民用用途。
时至今日,石墨烯材料的制备已经更加的多元化和功能化,制备模式也更加丰富,对于促进当代化学领域的发展有着重要意义。
一、石墨烯的制备1.微机剥离法微机剥离法是石墨烯最早的发现和制备方法,该方法的操作原理是利用痒等离子束在高取向热解石墨材料表面进行槽面的刻蚀处理,具体刻蚀的尺寸标准为20.0nm~2.0nm(宽度),5.0nm(深度)。
将讲过处理后的高取向热解石墨压制在SiO2/Si基底基础之上,通过熔烧的方式,对多余的石墨片进行反复的剥离。
经过以上处理以后,将石墨薄片完全浸润在丙酮溶液中,通过超声清洗的方式,依赖于显微镜挑选镜下检出单原子层特点的石墨烯材料。
微机剥离法剥离制备的石墨烯结构完整,具有高电导性,但制备过程繁琐,生产效率较低,并不适用于大规模石墨烯材料的生产。
2.外延生长法外延生长法是利用生长基质的结构种出石墨烯。
通过将含有4H/6H-SiC的Ir或者Ru等单晶在超高真空环境下高温退火处理,使碳元素向晶体表面偏析,形成外延单层石墨烯薄膜。
功能化氧化石墨烯作为药物载体材料的研究进展

of
China
Pha中rma阖ceuJti•cal 科Un夂ive學rsit学yቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
报
2017,48(1)
: 117
-124
117
功能化氧化石墨烯作为药物载体材料的研究进展
王 晨 ,许 军 刘 燕 华 ,王 增 涛 ,胡 越 ,田 太 平 ,易梦娟 (江西中医药大学药物化学教研室,南昌330004)
摘 要 功 能 化 氧 化 石 墨 晞 基 于 石 墨 晞 的 结 构 改 造 得 到 ,具 有 良 好 的 水 溶 性 、生 物 相 容 性 、较 高 的 载 药 率 以 及 易 于 修 饰 等
p 优 点 ,在 国 内 外 引 起 广 泛 的 关 注 本 文 综 述 了 氧 化 石 墨 晞 的 表 面 修 饰 ,以 及 它 作 为 药 物 递 送 载 体 在 抗 肿 瘤 、抗 菌 、高 血 压 治
Jun,LIU
Yanhua,et
al.
Research
progress
on
functionalized graphene '
oxide
as
drug
carriem[ J ]* J —
China
Research progress on functionalized graphene oxide as drug carriers
summarizes the surface modification of graphene oxide, and its applications on anti-tumor, antibacteria, anti
hypertension,gene therapy and biosafety as a drug carrier,providing new methods and ideas in the biomedical field.
糖醇功能化的石墨烯纳米片合成高残炭率酚醛树脂复合材料

糖醇功能化的石墨烯纳米片合成高残炭率酚醛树脂复合材料Hossein Roghani-Mamaqani, Vahid Haddadi-Asl伊朗德黑兰萨汉德山科技大学高分子工程学院摘要:氧化石墨烯和糠醇改性石墨烯纳米片(G-FA)被用来制备石墨烯/酚醛复合材料,研究了石墨烯增容作用对复合基材料的性能特别是残炭率的影响。
X衍射证明所有类型的石墨烯纳米片在酚醛树脂基质中分散均匀,然而,经过糠醇改性的石墨烯板片具有更高的分散性。
热重分析表明与与平整的酚醛树脂相比,改性提高了复合基材料的热稳定性,此外,含有G-FA的复合材料具有高的残炭率。
经过用糠醇氧化和改性的石墨烯键的特征波数转变如O-H、C=O、和C-O键可以在傅立叶变换红外光谱看到,拉曼结果和扫描电子显微成像表明石墨烯纳米片经过氧化和功能化后降低了其尺寸和皱纹。
含有0.2%G-FA的复合材料电子显微成像证明了纳米片的存在。
关键字:复合基材料;纳米结构聚合物;石墨烯;树脂2013年8月25接收,2013年12月9接受前言酚醛塑料是第一个合成和商业化的聚合物树脂,酚醛树脂是由苯酚或者取代的酚类与乙醛或者是甲醛在酸或者碱催化下反应得到,主要有两种类型的酚醛树脂即线型或者交联型树脂,二者的区别主要是苯酚和甲醛的比值和催化剂的不同。
在这些系统中,苯酚、甲醛和糠醇被用做反应物来获得玻璃产品[1,2],除了碳化反应外,糠醇也被用作线型酚醛树脂的溶剂,特别是当树脂被用作黏结材料时,这对提高工艺条件非常有作用。
在这个领域,可以通过改变糠醇的数量来控制系统的粘度和粘接强度。
酚醛塑料通常在热保护烧蚀领域被用作耐老化热塑性树脂,在经过固化后它的低成本、高强度、较好的尺寸稳定性及高的耐老化性和阻燃性等特点更突出显现出来。
然而低成炭率和韧性较差是这些树脂的主要缺点,这限制了它们作为烧蚀复合材料的基体或者炭/炭复合材料先驱体的使用范围。
提高酚醛树脂的残炭率有很多种方法,这些方法中被广泛使用的是结构改性的方法例如硼、钼和含磷物质及其添加物改性酚醛树脂[6-8]。
功能化石墨烯片的表面性能调控_杨芒果

A d u s t m e n t o f S u r f a c e P r o e r t i e s f o r F u n c t i o n a l G r a h e n e S h e e t s j p p
12 12 12 1 , YANG M a n u o KONG Q i n i a n CHE N C h e n m e n YANG Y o n a n g g g q g , g g , g g g, 1 1 WE N Y u e f a n M a o z h a n g ,WANG g , , ,
0 引言
2 石墨烯作为单 碳 原 子 层 厚 度 二 维 s p 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G O 进行快速
1 1] 1 2] 。 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 G O 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 。
石墨烯

石墨烯石墨烯声明:百科词条人人可编辑,词条创建和修改均免费,绝不存在官方及代理商付费代编,请勿上当受骗。
详情>> 石墨烯(二维碳材料)编辑本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。
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,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、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”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层(厚层)基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑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。
石墨烯的共价键功能化研究进展

沉积法 、利用特定活性剂 的石墨插 层剥离法 、氧化石墨 烯 的高 温脱氧和化 学 还原 法等 J,有些 制备 方 法 已经实 现 工业 化 生 产 。石墨烯制备技术 的成熟为大规模 深入开展石 墨烯 的基础 与 应用研究提供 了原料支持 。
结构完整的石墨烯是 由不含任何 不稳定化 学键 的苯 六元环 组 成的二维晶体 ,化学稳定性高 ,其 表面呈 惰性状 态 ,与其它 介 质(如溶剂等 )的相互作 用较弱 ,并且石墨烯片与 片之间存在 较强的范德华力 ,易聚集而难溶 于水及常见 的有机 溶剂 ,石 墨 烯 的难溶性严重 的阻碍 了石墨烯研 究 的不 断深入 。为 了充分 开 发石墨烯 的应用价值 ,特别是改善 其在溶 剂 中的溶 解性 ,以便 于进一步加工 ,就有必要对石墨烯 进行有效 的功能 化。共价键 功能化 和非共价键功能 化 是石墨 烯功能化 最常见 的两种 方式 ,本文对近年来石墨烯共价键功能化研究进行 了综述 。
第 44卷第 1期 2016年 1月
广 州 化 工
Guangzhou Chem ical Industry
Vo1.44 No.1 Jan.2016
石 墨 烯 的 共 价 键 功 能 化 研 究 进 展 冰
孙宾 宾
(陕西 国防 工业职 业技 术 学 院 ,陕西 西安 710300)
K ey words:graphene;covalent;functionalization; progress
石墨烯是 由碳 原 子 以 sp 杂化 方式 连 接而 成 的单 原子 层 , 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/lm,是 目前所发 现 的最薄 的二维 材料 。石墨 烯是 构 成其 他石墨材料 的基本单元 (图 1),其 可 以包 裹成 0维 的富 勒 烯 ,弯 曲形成一维 的碳纳 米管 ,或者堆 积成 三维 的石墨 。这 些 特殊 结构蕴含 了丰富而奇特 的物理现 象 ,使石墨 烯表现 Байду номын сангаас许 多 优 异的物理化学性能 ,进 而吸引 了科学 家 的注意力 ,并 轰轰 烈 烈地展开 了对石墨烯 的基 础与应用研究 。
石墨烯性能简介

第一章石墨烯功能及相干概念之杨若古兰创作1石墨烯概念石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子构成的只要一层原子厚度的二维晶体.石墨烯广义上指单层石墨,厚度为0.335nm,仅有一层碳原子.但实际上,10层之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.单层石墨烯是指只要一个碳原子层厚度的石墨,碳原子-碳原子之间依附共价键相连接而构成蜂窝状结构.完满的石墨烯具有理想的二维晶体结构,由六边形晶格构成,理论比概况积高达2.6×102 m2 /g.石墨烯具有优良的导热功能(3×103W/(m•K))和力学功能(1.06×103 GPa).此外,石墨烯波动的正六边形晶格结构使其具有良好的导电性,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、突出的导热导电功能和力学功能,惹起科学界巨大爱好,成为材料科学研讨热点.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,连接十分牢固构成了波动的六边状.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感化.石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本构成单元,可以将它看做一个无穷大的芳喷鼻族分子,平面多环烃的极限情况就是石墨烯.抽象来说,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 杂化与四周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.石墨烯的结构非常波动,碳原子之间连接及其柔韧.受到外力时,碳原子面会发生曲折变形,使碳原子不必从头排列来适应外力,从而包管了本身的结构波动性.石墨烯是无限结构,能够以纳米级条带方式存在.纳米条带中电荷横向挪动时会在中性点附近发生一个能量势垒,势垒随条带宽度的减小而增大.是以,通过控制石墨烯条带的宽度即可以进一步得到须要的势垒.这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础.石墨烯能带结构图3石墨烯功能石墨烯是一种超轻材料,面密度为0.77mg/m2,的次要功能是:一是具有超强的导电性.石墨烯的电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高,是硅的100倍,在室温下可以达到15 000cm2 /( V·s) .电阻率比铝、铜和银低很多,只要10 ~6Ω·cm 摆布.二是具有超强的导热性.石墨烯的导热功能优于碳纳米管,是铜、铝等金属的数10倍,导热系数高达5300W/m•K.三是具有超强的力学性,石墨烯的硬度超出金刚石,断裂强度达到钢铁的100倍.四是具有超强的透光性.石墨烯的吸光率非常小,透光率高达97. 7%.五是具有超强的比概况积.石墨烯的比概况积每克比普通活性炭高出1130m2,达到2630m2 /g.3.1 石墨烯的光学功能石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完整透明的,只接收2.3%的光,具有优良的光学功能.理论和实验结果标明,单层石墨烯接收2.3%的可见光,即透过率为97.7%.从基底到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率顺次相差2.3%,是以可以根据石墨烯薄膜的可见光透射率来估算其层数.结合非交互狄拉克-费米子理论,模拟石墨烯的透射率,可以得出与实验数据符合的结果.根据折射和干涉道理,分歧层数的石墨烯在光学显微镜下会显示出分歧的色彩和对比度,为石墨烯层数的分辨提供了方便.理论和实验标明大面积石墨烯薄膜同样具有优良的光学功能,且其光学特性岁石墨烯的厚度发生变更.石墨烯薄膜是一种典型的透明导电薄膜,可以取代氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化铟(FTO)等传统薄膜材料,即可克服ITO薄膜的脆性缺点,也可解决铟资本稀缺对利用的限制等诸多成绩.石墨烯透明导电薄膜可作为染料敏化太阳能电池和液晶设备的窗口层电极.另外,当入射光的强度超出某一临界值时,石墨烯对其的接收会达到饱和.这一非线性光学行为成为饱和接收.在近红外光谱区,在强光辐照下,因为其宽波段接收和零带隙的特点,石墨烯会慢慢接近饱和接收.利用这一性质,石墨烯可用于超快速光子学,如光纤激光器等.3.2 石墨烯的电学功能石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化,并贡献剩余一个p轨道电子构成π键,π电子可以自在挪动,赋予石墨烯优良的导电性.因为原子间感化力非常强,在常温下,即使四周碳原子发生碰撞,石墨烯中的电子收到的干扰也很小.电子在石墨烯中传输时不容易发生散射,传输效力1.5×105cm2/(V·s),约为硅中电子迁移率的140倍.其电导率可达106s/m,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.因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,是以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.因为石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来建造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池.石墨烯的出此刻科学界激起了巨大的波澜.人们发现,石墨烯具有非同平常的导电功能,超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现无望在古代电子科技领域激发一轮革命.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示得好.因为电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体用热的方式释放了一些能量,2013年普通的电脑芯片以这类方式浪费72%-81%的电能,石墨烯则分歧,它的电子能量不会被损耗,这使它具有了非比平常的良好特性.3.3 石墨烯的力学功能石墨烯是不断材料中强度和硬度最高的晶体结构.其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa.石墨烯的强度极限为42N/m2.理想石墨烯的强度约为普通钢的100倍,面积为1m2的石墨烯层片可承受4kg的质量.石墨烯可作为一种典型的二维加强材料,在复合材料领域具有潜在的利用价值.石墨烯的强度比金刚石还要硬,在高温下,还能坚持其原本的形状,从这一点就震动了物理界,主如果因为石墨烯内碳原子排列是有规有律的,当施加外力感化于石墨烯时,内部的碳原子不会发生位移,只是发生了曲折变形,就可以抵制外力,包管本人的波动性.石墨烯的室温热导率是室温下铜的热导率的10倍多,导热系数高5300W/m•K,高于碳纳米管和金刚石.石墨烯的理论比概况积可达2630m2/g,用石墨烯支持的微传感器可以感应单个原子或分子,当气体附着或离开石墨烯概况时,吸附的分子改变了石墨烯的局部载流子浓度,导致电阻发生阶跃型变更.这一特性可用于建造气体传感器.理论计算标明,石墨烯与锂可构成多孔复合结构,具有极强的氢气储存能力.3.5 石墨烯的磁学功能石墨烯氢化当前常常会具有铁磁性,主如果因为石墨烯在氢化当前,在边沿处有孤对电子对,如许就使得石墨烯有磁性.研讨人员还在有磁场的情况下,做过通过改变温度,看能否让石墨烯的磁性有所变更.确定磁场强度为1T,当温度T<90K 时,石墨烯会表示出顺磁特性;当温度T>90K 时,石墨烯会呈现出了反磁特性.3.6 石墨烯的化学功能石墨烯的电子性质受到了广泛关注,然而石墨烯的化学性质却不断无人问津,至今关于石墨烯化学功能我们只晓得的是:石墨烯可以将四周的原子和分子进行有序的吸附(例如:二氧化氮,氨,钾),这条性质和我们所认知的活性炭有些类似.二氧化氮,氨,钾常常是被作为给体或受体,使得石墨烯内部的碳原子浓度发生变更,然而石墨烯本人就是一种导电材料.其它的吸附物,如氢离子和氢氧根离子则会发生导电性很差的衍生物,但这些都不是新的化合物,只是石墨烯装潢分歧吸附物而已.因为石墨烯和石墨都是碳的同素异形体,从化学的角度上来看,常常它们具有一些不异的性质,所以在一些石墨烯不熟悉的领域可以通过石墨来进行响应的实验,来发现石墨烯的规律,有了这条比较简单又方便的思想,在将来,石墨烯更多的化学性质将会被发掘出来.石墨烯的光学、电学、力学和热学特性示意图。
汽车座椅中石墨烯加热垫的应用

汽车座椅中石墨烯加热垫的应用第一篇范文汽车座椅中石墨烯加热垫的应用在寒冷的冬季,汽车座椅加热功能无疑是一项非常人性化的设计。
而在这个功能中,石墨烯加热垫的应用起到了关键作用。
本文将详细介绍石墨烯加热垫在汽车座椅中的应用,以及其优势和未来发展前景。
一、石墨烯加热垫的原理石墨烯加热垫是基于石墨烯的导热性能而设计的一种加热元件。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有极高的导热系数和电导率。
当电流通过石墨烯时,石墨烯内部的原子振动增强,从而产生热量。
这种发热原理使得石墨烯加热垫在短时间内能够迅速升温,且热效率高,安全可靠。
二、石墨烯加热垫在汽车座椅中的应用1. 快速升温:石墨烯加热垫的发热速度快,可以在短时间内将座椅加热到舒适的温度,提高驾驶舱的舒适性。
2. 安全性能:石墨烯加热垫采用闭环电路设计,当电流异常时会自动断电,有效防止过热和短路事故,确保车内人员的安全。
3. 节能环保:石墨烯加热垫的热效率高,相比传统的电阻丝加热元件,能够节省能源消耗,降低汽车的运行成本。
4. 长期耐用:石墨烯加热垫具有较高的耐磨性和抗拉性,不易损坏,使用寿命长。
三、石墨烯加热垫的优势1. 优异的导热性能:石墨烯的导热系数高达5000 W/mK,远高于传统的金属材料,使得石墨烯加热垫能够快速升温。
2. 良好的导电性:石墨烯的电导率较高,可以实现较高的发热效率。
3. 轻薄透明:石墨烯材料具有良好的透明性,可以制作成轻薄的产品,不占用过多空间。
4. 环境友好:石墨烯加热垫的生产过程相对环保,符合可持续发展的要求。
四、未来发展前景随着石墨烯材料的研发和生产技术的不断提高,石墨烯加热垫在汽车座椅中的应用将更加广泛。
未来,石墨烯加热垫有望实现更快速、更安全、更节能的发热性能,进一步提高驾驶舱的舒适性和安全性。
同时,石墨烯加热垫在其他领域的应用也将不断拓展,如家居、医疗、航空航天等。
第二篇范文石墨烯加热垫:让汽车座椅更温馨如今,科技的发展让汽车不仅仅是代步工具,更是享受生活的空间。