石墨烯材料的研究进展论文(收藏).doc

新材料石墨烯的研究摘耍：石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料rti 于其独特的结构和新奇的物化性能，在改善复合材料的热性能、力学 性能和电性能等方面具有很大的潜力，已成为纳米复合材料研究的热 点综述了石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展，并对石墨烯 纳米复合材料的发展前景进行了展望关键词：石墨烯；纳米复合材料；制备；应用1 •材料的基本情况石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材 料，是构成其它碳同素异形体的基本单元石墨烯的理论研究已有6 0多年的历史，一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在2 0 0 4年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺 沃肖洛夫用胶带反复剥离高定向热解石墨的方法，得到了稳定存在的 石墨烯冇墨烯的出现颠覆了传统理论，使碳的晶体结构形成了从零 维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨 的完整体系右墨烯的结构非常稳定右墨烯内部的碳原子之间的连接很柔 韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必 重新排列来适应外力，从而保持结构稳定这种稳定的晶格结构使 石墨烯具有优秀的导热性石墨烯是构成石墨，木炭，碳纳米管和富 勒烯碳同素异形体的基本单元。

完美的石墨烯是二维的，它只包括-六 边形（等角六边形）；如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的 缺陷12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯冇墨烯卷成圆桶形可 以用为碳纳米管石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具 有非同寻常的导电性能、超岀钢铁数十倍的强度和极好的透光性， 它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全 透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高于碳纳米管和金刚石，石墨 烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度 相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100纳米），那么它 将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂，石墨烯是世界上导 电性最好的材料常温下其电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率比铜或银 更低，为冃前世上电阻率最小的材料因为它的电阻率极低，电子迁 移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一 代电子元件或晶体管由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体， 也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池石墨烯另 一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应2 •最热的应用合成石墨烯的应用范围广阔。

根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石 墨烯可被广泛应用于各领域.根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜 力石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型品体管，用来生产 未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获 得更高的速度最小最快石墨烯晶体管2011年4月7日IBM向媒 体展示了其最快的石墨烯晶体管，该产品每秒能执行1550亿个循环 操作，比之前的试验用品体管快50%o石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容 器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为 电极材料助剂 纳电子器件方面室温下石墨烯具有10倍于商用 硅片的高载流了迁移率，并且受温度和掺杂效应的影响很小，表现出 室温亚微米尺度的弹道传输特性，这是右墨烯作为纳电子器件最突出 的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提 高电池容量低成本石墨烯电池 或将实现“一分钟充电”科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料石墨 烯的这种特性尤其适合于高频电路石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传 感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在，这个角色还在由硅担当, 但硅的时代似乎就要结朿。

石墨烯作为光电传感器材料的优势就在于 其透光性，可以作为制备新型触摸屏的核心部分一一透明电极的材 料你想用上屏幕可以来冋弯曲折叠的也可能变成现实1刀22 日，记者从中科院重庆绿色智能技术研究院了解到，该院已经成功制备 出国内首片15英寸的单层石墨烯，这样的大尺寸，达到了国内最高水 平它或将为我们的、电脑等电子产品带来一场革命量子隧穿效应是一种衰减波耦合效应，其量子行为遵守薛定铐波 动方程，应用于电子冷发射、量子计算、半导体物理学、超导体物理 学等领域传统势垒材料采用氧化铝、氧化镁等材料，由于其厚度 不均、容易出现孔隙和电荷陷阱，通常具有较高的能耗和发热量，影 响到了器件的性能和稳定性，甚至引起灾难性失败基于石墨烯在 导电、导热和结构方面的优势，美国海军研究试验室（NRL）将其作 为量子隧穿势垒材料的首选石墨烯还应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同吋有望帮 助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破碳海绵：碳纳米管和 石墨烯共同支撑起无数个孔隙的三维多孔材料浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝 胶一一它刷新了目前世界上最轻材料的纪录，弹性和吸油能力令人 惊喜我国科学家在对石墨烯这种新兴纳米材料的生物效应，特别是呼 吸毒性的研究中获得新进展，相关成果近日在《自然一亚洲材料》上 发表。

专家表示，由于碳源性纳米粒子是环境颗粒物（如PM 2.5） 中主要组分之一，当辐射物质进入大气中时（如福岛事件），就有可 能通过大气传播到很远的地方，并进入人体而造成比单纯的污染物更 加剧烈的危害由于这种潜在危害以局部“热点”形式存在，往往难以 通过常规的评价放射剂量测试来进行正确评价，因而其负面效应值得 引起关注和持续研究 3•材料的应用瓶颈目前，作为导电性、机械性能都很优异的材料，素來有“黑金了” 之称的石墨烯目前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过2000元/ 克据此前相关报道称，石墨烯的相关产品冃前在国外还处于研发和 概念机阶段，尚未有大规模制造及商业化要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍：缺 乏适用于传统化学方法的样品这一点未得到解决，研究石墨烯化 学将面临重重困难如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨 烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善结构和电性能等是今后研究 的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新的道路石墨烯纳米复合材料的合成及其相关应用的研究已经取得了很 大的进展，但耍真正实现石墨烯纳米复合材料大规模的合成和产业化 应用，还面临着大量问题和挑战。

4.材料的未来展望未来得石墨烯势垒将有可能在隧穿晶体管、非挥发性磁性记忆 体和可编程逻辑电路中率先得以应用有望帮助物理学家在量子物理 学研究领域取得新突破目前的右墨烯生产由于种种原因，还仅停留 于实验室阶段，而用石墨烯制造的传感器，冃前也表现出了照片响应 差、噪音多等问题今后石墨烯纳米复合材料的研究重点应该放在以下几个方面：(1)不断改进复合材料的合成方法，丰富石墨烯纳米复合材料 的种类，拓展复合材料的应用范围，使与石墨烯复合的纳米粒子向着 多元化、系列化、均匀化、功能化的方向发展2 )对石墨烯进行可控功能化以提高其在聚合物中的分散性， 充分发挥其在聚合物中的改性效果3 )对复合材料中石墨烯与纳米粒子Z间和互作用的机理进行 探讨，并使之系统化、理论化，以减少研究工作的肓□性4)进一步探索复合材料中纳米粒了与石墨烯之间的协同效应 可能产生的新性能和用途相信随着研究的不断深入，必将研制出性 能更加优越的新型石墨烯纳米复合材料，更好地发挥其在众多领域的 独特作用，并尽快实现工业化大规模的生产与应用。