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1、石墨烯的制备应用与发展前景高分子1302蒋海涛3130705064摘要：石墨烯是一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质，在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景，引起了广泛的研究兴趣.。本文通过对石墨烯特性、制备方法、国内外研究及应用现状、未来发展展望几方面进行了综述，希望对石墨烯的应用进展有所了解。关键词：石墨烯；制备方法；应用；1.石墨烯的性质至今为止，已发现石墨烯具有非凡的物理及电学性质，如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层
2、构成的,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0.35nm,是目前所发现的最薄的二维材料.石墨烯的强度是已测试材料中最高的,达130GPa,是钢的100多倍;其载流子迁移率达1.5×104cm·V·s,是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍,超过商用硅片迁移率的10倍,在特定条件下(如低温骤冷等),其迁移率甚至可高达2.5×105cm·V·s;石墨烯的热导率可达5×103W·m·K,是金刚石的3倍;另外,石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质.2.石墨烯的制备方法石墨烯的制备主要有物理方法和化学方法。物理方法通常是以
3、廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯,此法原料易得,操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少,但费时、产率低下,不适于大规模生产.化学方法有晶体外延生长（SiC高温退火）、化学气相沉积（CVD）等方法，可大规模制备高纯度石墨烯。2.1微机械剥离法（撕胶带法）普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年，Manchester大学Geim等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会
4、产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。2.2晶体外延生长法外延生长法是通过在高温下对SiC单晶体进行加热，使其表面的Si原子蒸发而脱离表面，剩下的C原子经过自组形式得以重构，得到石墨烯薄膜。即在一个单晶薄膜基体上通过晶格匹配生长出另一种晶体的方法，外延法生长石墨烯就是在ＳｉＣ或金属碳化物单晶上制备高结晶的石墨烯的过程。这种方法能获得单层和双层石墨烯，因其与Ｓｉ基半导体有很好的兼容性，此方法是实现Ｃ基集成电路的有效途径
5、之一。现在，这种方法在石墨烯的制备上得到了广泛的应用，被认为是最终实现碳集成电路的唯一途径。但其本身还存在一定的缺点，如目前难以大面积制备、条件苛刻、能耗高、转移困难。2.3化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是指在高温下裂解碳源（如碳氢化合物）并沉积在固态衬底表面，衬底通常为Ni、Ru等过渡金属。然后后用化学腐蚀法去除金属基底后即可得到独立的石墨烯片。这种方法得到的石墨烯质量较高，相对于机械剥离而言产率也有所提高，并且具有较高的电子迁移率。通过选择基底的类型、生长的温度、前驱体的流量等参数可调控石墨烯的生长(如生长速率、厚度、面积等)，此方法已能成功
6、地制备出面积达平方厘米级的单层或多层石墨烯，其大的优点在于可制备出面积较大的石墨烯片。这种方法的缺点是必须在高温下完成，且在制作的过程中，石墨烯膜有可能形成缺陷。3.石墨烯的应用石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多“极端”性质的物理性质。因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。在塑料里掺入
7、百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。3.1超级电容器超级电容器根据机理分为双层电容器、赝电容器和混合电容器。作为储能元件，其性能介于电化学电池和传统电容之间。具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。根据不同容量，可用于小容量
8、要求的备用电源及大容量电动车和风力发电的电池等。石墨烯独特的二维结构和出色的物理
