石墨烯含能化功能改性研究
石墨烯材料
石墨烯材料1．4石墨烯材料纯净、完美的石墨烯是一种疏水材料，并且在大多数有机溶剂中也难于溶解。
不过，对石墨烯进行复合和改性，如通过修饰，共价或非共价的方法将功能基团引入石墨烯平面，能使其溶解度显著提高H¨”。
在没有分散剂的作用下，直接将疏永的石墨烯片分散在水中是很困难的。
通过氨水调节pH值为10左右，用水合肼还原氧化石墨烯(GO)的办法，可以得到还原的石墨烯(rG0)。
由于这利-石墨烯还含有少量的含氧基团，因而可在水溶液中分散。
但这种分散能力依然是有限的，不超过O 5 mg／mL。
除了水，一些有机溶剂，如乙醇、丙酮、二甲基亚砜和四氢呋喃也可以用来分散rGO。
金属离子和功能基团同样可以用来修饰rGO片层。
在KOH溶液中，用肼还原氧化石墨可得到钾离子修饰的石墨烯(hKlvlG)，其能在水溶液中均匀分散。
另外，将苯磺酸基团引入GO，还原后可得少量磺化的石墨烯，这种石墨烯在pH处于3-10的范围内时，浓度可达2mg／mL。
共价修饰石墨烯指的是用含有功能基团的分子与石墨烯表面的含氧基团的反应，如羧基、环氧基、羟基，包括平面内的碳碳双键。
例如，分散在四氢呋喃，四氯化碳，1，2-二氯乙烷(EDC)qb的rGO，发现把其边缘的羧基修饰上十八胺时后，其稳定性增加[48-50。
用异氰酸酯处理石墨烯时，表面的羟基和边缘的羧基会形成酰胺和氨基甲酸酯。
氧化石墨烯的羧基与聚乙烯醇(P、後)的羟基酯化也实现了合成GO与聚合物的复合片层。
另一方面，石墨烯表面的环氧基团可以接受亲核试剂(如离子液体1-(3-aminopropyl)-3-methylimidazolium bromide或APTS) 的进攻而发生开环反应。
同样，rGO可以用重氮盐(如SDBS)共价功能化，使之在多种极性有机溶剂中具有很好的分散性。
此外，由环加成反应将氮烯体系和碳碳双键连接，使苯基丙氨酸和迭氮三甲基硅烷等许多有机官能团引入石墨烯表面。
与共价功能化相比，非共价功能化是基于rGO与稳定剂间的范德华力或相互作用。
石墨烯制备方法的研究进展
石墨烯制备方法的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理、化学和电子特性引起了全球范围内的广泛关注。
由于其出色的导电性、超高的热导率、优异的力学性能和潜在的大规模应用前景，石墨烯在众多领域如能源、电子、生物医学等都有着广泛的应用潜力。
然而，石墨烯的制备技术仍然是制约其大规模应用的关键因素之一。
因此，研究和开发高效、稳定、可规模化的石墨烯制备方法成为了当前科学研究的重要课题。
本文旨在全面综述石墨烯制备方法的研究进展，通过对各种制备方法的原理、特点、优缺点以及最新研究成果的详细分析和讨论，为石墨烯的大规模制备和应用提供理论支持和技术指导。
文章将首先介绍石墨烯的基本结构和性质，然后重点介绍目前主要的石墨烯制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延法等，并对各种方法的最新研究进展进行评述。
文章还将探讨石墨烯制备技术的发展趋势和未来研究方向，以期为石墨烯的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、石墨烯制备方法概述石墨烯的制备方法众多，每一种方法都有其独特的优点和适用场景。
目前，主要的制备方法可以大致分为物理法和化学法两大类。
物理法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法和取向附生法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是通过使用胶带对石墨进行层层剥离，得到单层或多层的石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量较高，但产率极低，难以实现大规模生产。
SiC外延生长法是在高温和超真空环境下，通过加热SiC单晶使其表面分解出碳原子，进而在单晶表面生长出石墨烯。
这种方法制备的石墨烯面积大，质量好，但设备成本高昂，且制备过程复杂。
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，使碳原子以单层形式从钌表面析出，形成悬浮的单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯层数可控，但同样面临制备成本较高的问题。
石墨烯原材料
石墨烯原材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有出色的导电性、热导性和机械性能，被誉为21世纪的“黑金”。
作为石墨烯的原材料，石墨矿石是其最主要的来源之一。
石墨矿石是一种含碳量高达80%以上的矿石，主要成分是石墨，同时还含有少量的杂质。
石墨矿石通常以天然石墨、胶片石墨和晶体石墨等形式存在。
在石墨矿石中提取石墨烯，首先需要对石墨矿石进行粉碎、浮选等物理化学方法的处理，然后经过高温等条件下的化学氧化、还原等反应，最终得到石墨烯。
除了石墨矿石外，石墨烯的原材料还包括石墨烯氧化物和石墨烯衍生物。
石墨烯氧化物是一种由石墨烯和氧原子构成的化合物，通常是通过氧化石墨烯的方法得到的。
石墨烯衍生物则是指通过对石墨烯进行功能化改性，形成不同性质和用途的新材料。
这些衍生物可以是石墨烯的氧化物、硫化物、氮化物等多种形式。
在石墨烯的生产过程中，选择合适的原材料对于石墨烯的质量和性能至关重要。
石墨矿石作为石墨烯的主要原材料之一，其质量和纯度直接影响着石墨烯的最终性能。
因此，在石墨烯的生产中，需要对石墨矿石进行严格的筛选和加工，以保证石墨烯的质量。
在石墨烯的应用领域中，石墨烯的原材料选择也是至关重要的。
不同的原材料可以制备出具有不同性能和用途的石墨烯制品，如导电材料、柔性显示器、超级电容器等。
因此，在石墨烯的应用中，需要根据具体的需求选择合适的原材料，并进行相应的加工和改性，以满足不同领域的需求。
总的来说，石墨烯的原材料包括石墨矿石、石墨烯氧化物和石墨烯衍生物等多种形式。
这些原材料在石墨烯的生产和应用中起着至关重要的作用，对于石墨烯的质量和性能具有重要影响。
因此，在石墨烯产业的发展中，需要加大对石墨烯原材料的研究和开发，不断提高石墨烯的质量和性能，推动石墨烯产业的健康发展。
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]。
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展一、内容描述通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。
通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。
利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。
表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。
通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。
利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。
石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。
通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。
特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。
石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。
通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。
在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。
《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。
1. 锂离子电池的发展历程金属锂插层电池时代 (1970s1980s)：在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。
这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。
锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。
天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。
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)。
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
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石墨烯含能化功能改性研究
碳材料是复合含能材料中广泛应用的功能助剂,常用于改善体系的介电常数,
降低静电危害,减少因撞击、摩擦产生的危险,并调节燃烧和爆轰性能。石墨烯是
具有特殊二维结构的新型碳材料,其良好的导热性、导电性、可调的层数、适中
的化学活性等特点,都使其非常适宜做高能炸药体的添加剂。为了将石墨烯引入
含能材料体系,本文有目的地对石墨烯进行了功能化改性,通过化学方法修饰上
含能官能团,并对改性石墨烯进行了全面表征,对热分解、燃烧等性能进行了分析
测试。主要内容如下:首先,通过利用硝化剂直接对氧化石墨烯进行硝化,合成了
氮含量较高的硝化石墨烯(Graphene Nitrate,GN);结构分析表明硝化石墨烯表
面每8个碳原子可连接一个硝基官能团,且硝化石墨烯中的硝基主要通过C-NO2
及O-NO2与石墨烯相连。
其次,通过卤代石墨烯的氨解反应,设计并合成了胺基化石墨烯(Aminated
GO,NH2-GO)。该反应原料广泛,实验条件温和,不需要高温高压即可实现石墨烯的
胺基化,且收率较高。结构分析显示胺基化石墨烯表面每5~6个碳原子可连接一
个胺基,且石墨烯表面胺基主要为伯胺基。最后,通过氮宾直接与石墨烯表面发生
加成反应,设计并合成了单硝基芳香氮杂石墨烯(p-Nitrobenzyl-azepine
Graphene,G-Azepine)。
该反应合成路线简单,成本低。结构分析表明对硝基苄通过七元氮杂环与石
墨烯共价相连,平均每9.6个碳原子即有一个参与到七元环中。热分析测试及点
火性能测试结果表明,在三种含能改性石墨烯中,硝化石墨烯具有很好的热稳定
性、放热性、燃烧性,可分散于多种溶剂,综合性能最好,有望作为含能化工材料
应用于炸药、火药及推进剂领域。胺基化石墨烯热稳定性最高,放热性及燃烧性
良好,有望成为新型纳米含能添加剂,在高能炸药体系中起到调节感度的作用。
对硝基苄氮杂石墨烯的点火特性尽管并不如预期,但该产物的合成证明了多
硝基芳香化合物通过氮杂环与石墨烯共价结合的可能性,为制备炸药分子氮杂石
墨烯奠定了研究基础,同时也有望作为对石墨烯进一步化学改性和修饰的功能性
前驱材料,具有相当的科学研究价值和应用潜力。