石墨烯课题研究

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1、石墨烯的制备与研究摘要：石墨烯因具有独特二维结构及优异的理化性质，是一种具备巨大应用潜力的新型纳米碳质材料。单一的石墨烯材料很难充分满足各个领域的应用需求,且石墨烯片层容易堆叠和团聚,制约了其实际应用的发展。通过掺杂、改性、组装和复合等手段制备石墨烯衍生物及石墨烯纳米复合物等石墨烯基材料可以丰富并优化石墨烯的性质，拓展并提升石墨烯的性能，对于促进石墨烯的实际应用具有重大意义。作为一种新型石墨烯衍牛物，多孔石墨烯以其二维片状结构、超高比表面积、开放的能带间隙、丰富的活性位点等特性吸引了研究者的很大关注。本文主要就石墨烯主要的

2、化学制备方法进行了简要分析，包括外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法等，并对各方法的进展情况及主要优缺点进行了简要的综述，着重介绍了化学气相沉积法和外延生长法在石墨烯制备中的应用和前景。关键词：石墨烯；领域进展；外延生长法；气相沉积法1石墨烯结构类型及主要成果1•1物理构型石墨烯，即石墨的单原子层，是碳原子按照sp2碳-碳(C-C)键形成的以蜂窝状排列的二维晶体结构。作为集多种优越性能于一身的新型材料石墨烯，在电子迁移方面有着独特的优势，因其只有单层原子，使得电子的运动被限制在一个平而上，有全新的电学屈性，被认为是世界上

3、导电性能最好的新型材料，电子在其屮的运动速度远远超过了其余材料屮导电速度，最高可达1/300倍的光速，其电子迁移率高于硅材料两个数量级。在实际生活中，若在塑料中掺入很少量的石墨烯，便使塑料的导电性能大大增加，抗热、抗拉、超强韧，在汽车、飞机和卫星制造中具有极高的应用前景，与此同时，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，未来实现商业化的方向主要有航空航天、新能源电池领域和移动设备等多个领域。现今，各国主要行业已着眼于此方面的商用市场，作为基础材料的石墨烯的发展前景也越来越被看好。经调查显示，手机触摸屏和平板电脑

4、对石墨烯材料触摸屏的需求日益增长，一些公司的研究人员也已经制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，相信大规模商用指口可待。1•2主要研究进展作为从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，且作为目前研究的材料领域中发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最好的一种新型纳米材料，石墨烯被称为新材料成果领域中的“黑金”，目前，此研究领域的主要成果主要有：一，研制岀一种经化学改性的石墨烯，即石墨烯氧化物来在水中对指定打印物质进行反映，成功使用石墨烯3D打印出指定结构；二，由于石墨烯具有纳米尺寸且具有准连续性的

5、特点，可以将石墨烯薄膜应用于人造电子皮肤等领域，用来转移到柔性衬底上，制造柔性、透明的高灵敏度应力传感器,使石墨烯在电子皮肤研究领域取得系列进展；三，采用石墨烯基复合电极材料路线，开发出容量可以控制的锂离子电容器插件，一方面大大减少了机动车充电的时间，使其由原来的9个小时缩短至10分钟之内，另一方而其可支持行驶的公里数大大延长，以石墨烯基复合材料制备而成的锂离子电容器首次在电动白行车中示范应用。三，研究人员经过大量研究，发现了一个不需要黏合剂就可以增加石墨烯墨水导电性的新方法，使得压缩墨水的导电率提高了近50倍，利用石墨烯

6、可以打印出射频天线，并使无线射频辐射的效率大大提高。四，特定的石墨烯材料在光照条件下产生的驱动力是传统光压的千倍以上，将此种材料应用到驱动帆板上，理论上获得的驱动力将大幅提高其加速度，新型石墨烯材料的应用让“光动飞行”成为可能。五，石墨烯材料可以将光能直接转化为动能，此次重大发现标志着石墨烯材料将成为一种新的动力来源，这种动力源将远远高于光压现象所产生的动力源，使得石墨烯的应用将为太空动力提供新的能源。目前制备石墨烯的方法主要有物理或者化学方法两种，物理方法主要是通过机械力、溶剂的张力、气体的冲击力等破坏石墨层片间的相互作

7、用力，來达到对石墨的剥离达到制备石墨烯的目的，相比于物理方法，化学法主要是通过改变石墨的内部结构与基团制备石墨烯的方法。化学法具有重复性强、工业化牛产容易的优势，得到了广泛的关注。石墨烯材料的制备方法多种多样，但是还有很多问题亟待解决，故制备工艺的优化和新方法的探索仍然有着很大的发展空间，最终方向是未了制备出大面积、高质量、成品层数容易控制和孔隙可以控制的石墨烯材料。2主要制备方法2.1外延生长法外延生长法是一种晶体层作为基质生长出另一种晶体曾的方法。基质的挥发性和凝结性在很大程度上影响石墨烯在基质上的牛长情况。在实验过程

8、中，当基质发生渗漏时，此时基质的挥发性大于其凝结性，碳原子在基质上可以生长形成石墨烯。从研究碳化硅的过程中发现单层和多层石墨开始，研究者们发展岀了很多外延生长法制备石墨烯的方法。所谓外延法，是在一个晶格结构上通过晶格匹配生长出另外一种晶体的方法，与其他制备方法相比，外延法是最有可能获得大面积、高质量石墨