宁波材料所在石墨烯高效分散方面取得重要进展
作者：，日期：2014-11-28
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石墨烯是近十年来最为热门的研究方向，被认为是具有革命性意义的材料，全球多国都在积极布局石墨烯的研究争抢龙头地位。目前，国内石墨烯的研究发展迅速，尤其是在石墨烯的低成本批量制备方向更是处在世界前列。然而，至今国内在石墨烯的应用方面鲜有突破，这是因为得到的石墨烯易于再团聚，使得其无法充分发挥石墨烯的单片层优异特性。因此，石墨烯的分散技术是制约石墨烯推广应用的关键技术瓶颈。
中科院宁波材料所“先进涂料与粘合技术”团队，自2013年11月起就将纳米材料的分散技术作为重要的研究方向之一，针对石墨烯的高效分散技术进行了深入的研究和大量的实验，近期取得了一些突破性进展。在余海斌研究员的带领下，本团队合成出一种石墨烯的特种分散剂。将该分散剂加入到含有石墨烯的溶液中，通过搅拌处理就可以得到单分散的水性、油性石墨烯分散液，并创造性地制备出易于再分散的石墨烯粉体(见图1和2)。目前，我们将其应用于一些涂料领域显示出性能的巨大改进（见图3）。该分散技术有助于石墨烯在防腐涂料、防静电涂料、导电油墨、透明导电膜、超级电容器、电池材料、散热材料等领域的应用取得突破性进展。
目前，该项技术及相关产品已申请14项国家发明专利。该研究成果对石墨烯的产业化应用具有明显的推动作用。
图1:石墨烯分散液和可再分散石墨烯粉体的制备示意图
图2:分散石墨烯的TEM照片
图3:石墨烯改性环氧防腐涂料的电化学表征
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主题：石墨烯在涂料行业中的推广与应用
领衔专家：刘兆平（研究员）孙行（高工）
举办时间：2014年7月26日14:00-17:00
刘兆平博士先详细介绍了石墨烯产品，石墨烯是目前已知最薄，强度最高的材料，具有优异的导电、导热、抗腐蚀等特性，在涂料领域具有很好的应用前景。通过探索石墨烯在涂料领域的应用技术，如石墨烯改性分散技术等，迎合涂料产业提升发展之需要，对于促进宁波市石墨烯产业及高性能粉末涂料产业的发展具有重要意义。
东海粉末周丽经理：粉末涂料是完全不含有机溶剂以粉体形态涂装并能形成牢固涂层的新型环保型涂料，是涂料产业发展的重要方向之一，正越来越多地受到学术界和产业界的重视，市场前景广阔。粉末涂料可分为热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料，其中热固性粉末涂料是粉末涂料的主流品种，按其成膜聚合物的不同又可分成聚酯型、环氧型、聚氨酯型、丙烯酸型及其混合型等几大类。其中环氧
粉末涂料以其优异的附着力和耐腐蚀性能在热固性粉末涂料中占有很大的比例，但是通常环氧树脂固化后呈脆性，导致环氧粉末涂料的韧性相对较差，限制了其应用范围的进一步扩大。聚酯粉末涂料具有较好的耐候性，但对于高腐蚀环境，特别是海洋环境来说，其防腐蚀性能有待进一步提高。
据美国的Frost＆Sullivan(弗若斯特沙利文)市场咨询公司预测，由于70～80％的轮船和集装箱由亚洲制造，所以亚洲特别是中国涂料市场将步入高成长期。据Impact Marketing Consultants公司的咨询报告称，全球海洋用途涂料的市场达到约26亿美元，我国海洋涂料市场，将在船舶和集装箱制造业以及跨海大桥、海上石油平台和沿海港口兴建等因素的推动下，保持年30%以上的增长速度，作为环保无污染的粉末涂料，将有更加广阔的发展空间。特别是宁波市海洋经济的发展，对军舰、潜艇、集装箱、港口设备用防腐涂料的需求极大，但这些重要领域的应用也对粉末涂料提出了更高的性能要求，传统的粉末涂料已经不能满足其应用需求，急需改善粉末涂料的耐腐蚀等性能。
石墨烯是近年来才被发现的二维碳原子晶体，它被认为是富勒烯、碳纳米管( CNT)、石墨的基本结构单元，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料。石墨烯的结构非常稳定，石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，并且石墨烯的片层状结构使其能够在涂层中起到屏障作用，从而防止腐蚀性介质在涂层中的渗透作用，保护底材。
本项目拟系统研究石墨烯的改性分散技术，制备石墨烯改性环氧树脂和表面改性石墨烯，进而制备石墨烯改性环氧粉末涂料、石墨烯改性聚酯粉末涂料、石墨烯改性环氧聚酯粉末涂料等系列产品，探索所得石墨烯改性粉末涂料在军舰、潜艇、集装箱、港口设备防腐涂装等方面的应用。本项目若有所建树将对于促进宁波市石墨烯产业及高性能粉末涂料产业的发展具有重要意义。
扬泰科技林德总经理：作为我国未来建筑领域的高科技创新防水建材产品（复合配方）已日益得到政府、社会和市场的认可和接受，然而，如果仅考虑材料价格这一因素，来推广使用科技含量极高的防水建材产品以及制定相应的标准规定，将对这一颇具发展前景的产业起到消极作用。本报告围绕石墨烯增强防水涂料及相关配套技术领域来阐述石墨烯增强防水涂料集成技术的综合性能和经济优势，
进而论证传统的防水技术将会在政府的正确引导和市场的需求下逐渐被新型的石墨烯增强防水集成技术所替代。
随着现代科学技术的发展，防水新材料的开发层出不穷，市面上现有的防水材料已达两千多种。始终如一的高产品质量；满足客户需求的物流系统；建筑工地的合理化等都是建筑防水集成技术成功的关键。目前，在出厂前就被做成产品，通过高度发达的物流系统完成供货，采用特殊的应用技术实现机械化输送和施工等手段使得建筑防水集成技术的构想逐渐成为现实，它们不仅带来了许多机会，也给商家们提供了从原材料到市场的成功依靠，即从市场分析、原料选择、科学配方、生产技术、物流系统、施工应用技术直到用户的培训和应用服务。
如果我们仔细留意一下，就会发现日常生活中我们身边的建筑总是或多或少的存在下列问题，给我们的生活造成很多不便:
天气晴朗时建筑工地上灰尘飞扬、喧乱无章；
阴雨天时建筑工地、大街上满地泥浆；
建好的房屋外墙体因为漏水而一块一块的剥落；
漂亮的瓷砖突然间掉落几块；
厨房、卫生间的瓷砖用了不多久就开始出现裂缝、发潮、发霉，并纷纷掉落；隔壁的声音总能传进我的耳里；
特别是每当寒冷的冬天来临时，屋里总是很冷，暖气的热量不知道跑到哪里去了；夏天又总是很热，空调耗电量一直居高不下。人类有限的能源就这样不知不觉地被浪费。大量二氧化碳的排放，也导致全球温度不断变暖，人类赖以生存的环境受到了威胁。
让我们再看看使用了现代集成技术的建筑，不但见不到上述的问题，而且还是那么的绚丽多彩，富有个性。然而，随着科学技术的进步以及人们对居住环境要求越来越高，我们国内现有的传统的建筑防水材料如卷材和聚氨酯防水涂料、JS 防水涂料及其施工方式已远远不能满足人们对建筑防水质量的要求。
材料科学与化学新工艺的迅速发展给建筑防水技术带来巨大的变革，使得许多防水产品也能够以干粉状或胶状生产出来。以前不能做到或不能达到规定要求的产品通过添加微量的助剂得以实现。现代化学添加剂在建筑防水技术中的使用，极大的提高了最终产品的性能以及扩大了应用范围。添加不同的化学添加剂可以改
善和优化如下性能：产品的施工性能如可塑性（加速或推迟凝固）、稠度、溶解度、发泡性、润滑性等得到改善；产品的最终性能如抗渗强度、粘结强度、耐腐蚀、密封性等得到进一步提高。
目前，扬泰的技术人员通过技术攻关，在满足一定性能要求的前提下成功的将原材料按科学配方制备成均匀干燥的石墨烯粉粒混合物以及将乳液和石墨烯共聚成满足一定性能要求的可以直接涂刷的涂料。
针对不同的用途，扬泰的技术人员可以配制出多种不同用途的石墨烯增强建筑防水涂料，其产品品种丰富多彩，具有强大生命力。
与传统防水材料相比，使用石墨烯增强防水涂料具有以下优势：
1）工厂生产自动化，产品质量稳定，可以保证和提高建筑施工质量，如粘结强度高，防开裂，防剥落，防渗水性能好等；
2）随时随地可以供货，用多少，混多少，无损失浪费；
3）满足机械化施工，可降低劳动强度进而节省人工费用，对材料生产商和最后用户都更加经济；
4）与传统防水涂料相比，使用石墨烯增强防水涂料的涂层薄，不仅能大大节省产品使用量，同时也有助于提高施工质量，成倍提高工作效率，进而降低建筑造价，极大地提高建筑的综合效率；
5）可按照不同的要求/配方配制适用于不同建筑部位的防水产品，生产的灵活性高，新产品层出不穷；
6）建筑工地无灰尘，利于文明施工和保护环境，并能极大减少疾病传染；
7）使建筑节能达到50%以上；
8）石墨烯增强防水涂料尤其是石墨烯干粉型防水涂料属无机材料，无毒无味，利于健康居住，是真正的绿色环保材料。
随着生活水准的提高，人们对住宅建筑的质量要求也越来越高，特别是房屋的坚固性、隔音、隔热、美观等方面。石墨烯系列建筑增强防水涂料能普遍推广是因为它能同时满足许多要求以及适用于不同的用途。
作为新型绿色节能建筑材料，石墨烯增强防水涂料系列产品符合可持续发展策略，目前已经被列为宁波市政府重点支持和开发的项目之一。由于受区域运输的经济性限制（类似水泥产业），这类建筑用石墨烯增强防水涂料生产工厂必将在全国
各地区设立，才能形成具有强大生命力的新兴产业。
通过石墨烯和胶结料之间互相取长补短，改性后的石墨烯增强防水涂料适用于建筑的不同部位，不仅可以改变传统的施工工艺,同时还可以综合解决建筑上的各种问题，提高建筑工程质量。目前国内的建筑防水市场特别巨大,扬泰作为该行业的龙头企业，已经有20余年的产供销历史,是一个符合国家政策导向的高新技术产业，具有完善的产品研发体系和独有的企业文化,投资前景广阔。
海腾新材料有限公司陈慧雪总经理：如何使石墨烯材料在环氧树脂中的均匀稳定分散，如何获得高防腐性的环氧树脂-石墨烯复合材料的制备，双组分喷涂型环氧树脂-石墨烯重防腐涂料的施工性。第一阶段：含石墨片-石墨烯填料的化学改性环氧树脂重防腐涂料的制备及其防腐性能考察——利用填料阻止分子扩散的原理，结合石墨烯材料在防腐领域潜在的优异表现，将石墨烯材料引入上述改性环氧树脂涂层体系。利用电化学测试、盐雾试验、浸泡实验和氙灯老化实验等评价手段测定所制备涂层的防腐蚀和抗老化性能另一方面细小的裂纹在涂层受到外界作用力时，可以有效的吸收能量，提高了涂层的力学性能，从而增加了涂层的耐磨性。在含石墨烯1%的涂层中，由于石墨烯的含量过大，石墨烯发生了团聚，使得涂层中裂纹较多并且较大，一方面腐蚀介质相对容易到达基底，另一方面较大的裂纹降低了涂层的力学性能，使得涂层耐磨性下降。
第二阶段：环氧树脂的化学改性及筛选高性能环氧树脂-石墨烯重防腐涂料的制备及其防腐性能考察。系统调节环氧树脂-石墨烯重防腐涂料中的固化剂、颜料、触变剂、增韧剂的种类与数量，引入多尺度和复合化概念，筛选出性能更加优异的环氧树脂-石墨烯重防腐涂料体系。石墨烯的加入有效地降低了涂层的摩擦系数和磨损率，并且在石墨烯的含量在0.5%时，涂层的摩擦系数和磨损率均最低。其原因一方面在于分散在涂层中的石墨烯具有润滑作用，降低了涂层的摩擦系数，另一方面石墨烯具有良好的耐热和导热性，很好的分散了摩擦过程中产生的热量，阻止了由于涂层表面的局部过热而发生的化学降解。
宁波市产品质检院孙行高工：纯环氧树脂涂层磨痕有较多的裂纹和大量涂层的剥落；0.5%石墨烯涂层磨痕表面平整，只有极少的裂纹和涂层剥落；1%石墨烯涂层由于石墨烯含量过大，发生了团聚，所以磨痕表现出大量的裂纹和剥落。
海洋涂料保持30% 以上的年增长速度，预计到2015年我国市场规模将达到百亿
元以上。将石墨烯加入到防腐涂料中，大大降低了涂料漆膜的厚度；通过对各组分的选择，在提高防腐效果的同时，大大降低了锌粉的含量，克服了富锌涂料以牺牲锌粉为代价的防腐方式，环境友好。纳米技术与复合技术的有效结合既可实现广谱防腐，又提高重防腐涂料使用效率，减少环境污染，因此生态效益显著。应用范围广，跨海大桥、海上石油平台、船舶、集装箱、石油管道、电厂和沿海港口设施，潜艇等。
飞轮造漆公司、康曼丝、大达公司等公司代表纷纷表示，石墨稀在涂料行业的研发应用是提升涂料行业的产品升级，增加在市场经济的竞争力，今后要加强企业的科技投入和人材队伍的建设。
会上与会企业技术人员还就石墨烯在涂料应用研发过程中遇到的问题现场与中科院宁波材料所刘兆平博士的科研团队进行交流讨论，寻找解决方案，为石墨烯在涂料产品中的研发应用打下了一定的基础，有利于推广涂料产品的升级换代。
宁波市涂料与涂装行业协会供稿
1、申请号: CN201410377861
申请日: 2014.08.01
公开（公告）号: CN104109450A
公开（公告）日: 2014.10.22
发明名称: 一种石墨烯防腐粉末涂料及其制备方法
IPC分类号: C09D163/00; C09D167/00; C09D7/12; C09D5/03; C09D5/08; C09D167/06
申请（专利权）人: 宁波市派特勒粉末涂料有限公司;
发明人: 程红华;韩金;姜道义;
2、申请号: CN201410277206
申请日: 2014.06.20
公开（公告）号: CN104071778A
公开（公告）日: 2014.10.01
发明名称: 石墨烯分散液及制备石墨烯材料粉体的方法
IPC分类号: C01B31/04
申请（专利权）人: 宁波墨西科技有限公司;中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 刘兆平;周旭峰;唐长林;秦志鸿;胡建国;赵永胜;
3、申请号-: CN201410281688
申请日: 2014.06.20
公开（公告）号-: CN104108700A
公开（公告）日: 2014.10.22
发明名称: 一种石墨烯材料粉体及制备方法
IPC分类号: C01B31/04
申请（专利权）人: 宁波墨西科技有限公司;中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 刘兆平;周旭峰;唐长林;秦志鸿;胡建国;赵永胜;
4、申请号: CN201410253209
申请日: 2014.06.09
公开（公告）号: CN103993297A
公开（公告）日: 2014.08.20
发明名称: 一种连续快速生长石墨烯的气相沉积装置
IPC分类号: C23C16/26; C23C16/54
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 王姣霞;汪伟;刘兆平;
5、申请号: CN201420304385
申请日: 2014.06.09
公开（公告）号: CN203890440U
公开（公告）日: 2014.10.22
发明名称: 一种连续快速生长石墨烯的气相沉积装置
IPC分类号: C23C16/26; C23C16/54
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 王姣霞;汪伟;刘兆平;
6、申请号: CN201410199345
申请日: 2014.05.12
公开（公告）号: CN104015463A
公开（公告）日: 2014.09.03
明名称: 一种石墨烯薄膜的转移方法
IPC分类号: B32B38/10; B32B37/10
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 张方君;汪伟;刘兆平
7、申请号: CN201410071766
申请日: 2014.02.28
公开（公告）号: CN103935986A
公开（公告）日: 2014.07.23
发明名称: 一种以生物碳源材料高产率制备石墨烯的方法
IPC分类号: C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 萨齐博;胡人皓;张若愚;朱锦;
8、申请号: CN201310558176
申请日: 2013.11.12
公开（公告）号: CN103740153A
公开（公告）日: 2014.04.23
发明名称: 一种石墨烯改性的达克罗涂料
IPC分类号: C09D5/10; C09D1/00; C09D7/12
申请（专利权）人: 宁波墨西科技有限公司;
发明人: 唐长林;王樑;范正清;付正伟;蔡凤新;
9、申请号: CN201310504175
申请日: 2013.10.22
公开（公告）号: CN103537236A
公开（公告）日: 2014.01.29
发明名称: 一种石墨烯气凝胶的制备方法
IPC分类号: C01B31/04; B01J13/00
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 秦禄昌;张娟;田天;
10、申请号: CN201310355810
申请日: 2013.08.15
公开（公告）号: CN103395779A
公开（公告）日: 2013.11.20
发明名称: 一种多孔石墨烯及其制备方法
IPC分类号: C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 周旭峰;刘兆平;郑超;王国华;
11、申请号: CN201310346323
申请日: 2013.08.09
公开（公告）号: CN103396586A
公开（公告）日: 2013.11.20
发明名称: 氧化石墨烯纤维、制备方法及其复合材料的制备方法
IPC分类号: C08K7/06; C08K3/04; C08J5/06; C08L63/00; C08K9/00 申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 周旭峰;刘兆平;张良忠;
12、申请号: CN201310304284
申请日: 2013.07.17
公开（公告）号: CN103332689A
公开（公告）日: 2013.10.02
发明名称: 一种多孔石墨烯纳米带及其制备方法与应用
IPC分类号: C01B31/04; H01G11/36; B82Y30/00; B82Y40/00
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 周旭峰;刘兆平;郑超;王国华;
13、申请号: CN201310251619
申请日: 2013.06.21
公开（公告）号: CN103627223A
公开（公告）日: 2014.03.12
发明名称: 新型石墨烯导热涂料及其制备方法
IPC分类号: C09D1/00; C09D163/02; C09D179/02; C09D7/12; C09D163/10; C09D5/00; C09D161/28 申请（专利权）人: 宁波墨西科技有限公司;
发明人: 唐长林;王樑
14、申请号: CN201310131419
申请日: 2013.04.16
公开（公告）号: CN103275542A
公开（公告）日: 2013.09.04
发明名称: 一种石墨烯无机涂料及其使用方法
IPC分类号: C09D7/12; C09D1/02; B05D3/02; B05D7/24; B05D3/00; C09D1/00
申请（专利权）人: 宁波墨西科技有限公司;
发明人: 唐长林;王樑;
15、申请号: CN201210439559
申请日: 2012.11.06
公开（公告）号: CN102923689A
公开（公告）日: 2013.02.13
发明名称: 一种石墨烯/碳复合材料的制备方法
IPC分类号: C01B31/02; H01G9/042; C08G73/02; C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 周旭峰;曹海亮;刘兆平;
16、申请号: CN201110276666
申请日: 2011.09.16
公开（公告）号: CN102424382B
公开（公告）日: 2013.03.06
发明名称: 一种常压低温条件下制备高比表面积石墨烯的方法IPC分类号: B82Y40/00; C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 郑文革;卢叮叮;翟文涛;陈操;
17、申请号: CN201110108756
申请日: 2011.04.28
公开（公告）号: CN102757038A
公开（公告）日: 2012.10.31
发明名称: 一种制备石墨烯的方法
IPC分类号: B82Y40/00; C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 刘兆平;周旭峰;秦志鸿;唐长林;
18、申请号: CN201010514807
申请日: 2010.10.18
公开（公告）号: CN102452649A
公开（公告）日: 2012.05.16
发明名称: 一种石墨烯的制备方法
IPC分类号: C01B31/04
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 发明人: 刘兆平;周旭峰;秦志鸿;
19、申请号: CN200910099595
申请日: 2009.06.12
公开（公告）号: CN101613098B
公开（公告）日: 2011.05.04
发明名称: 一种石墨烯的溶液相制备方法
IPC分类号: C01B31/02
申请（专利权）人: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所;
发明人: 刘兆平;周旭峰;
20、申请号: CN201310546799
申请日: 2013.11.07
公开（公告）号: CN103555016A
公开（公告）日: 2014.02.05
发明名称: 一种耐高温耐磨石墨烯涂料及其制备方法
IPC分类号: C09D7/12; C09D1/00
申请（专利权）人: 珠海市乐通化工股份有限公司;
发明人: 张彬贤;胡军;何益良;何喜森;郑伟忠;蒯舒洪;
申请号: CN201410377861
申请日: 2014.08.01
公开（公告）号: CN104109450A
公开（公告）日: 2014.10.22
发明名称: 一种石墨烯防腐粉末涂料及其制备方法
IPC分类号: C09D163/00; C09D167/00; C09D7/12; C09D5/03; C09D5/08; C09D167/06 申请（专利权）人: 宁波市派特勒粉末涂料有限公司;
发明人: 程红华;韩金;姜道义;
多孔石墨烯材料的研究进展 摘要：多孔石墨烯材料同时结合了石墨烯和多孔材料的优点，具有独特的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。然而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生物，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。 关键词：石墨烯；杂化；石墨烯衍生物 引言 如果以化学家的视角将人类和世界写成一本书，碳元素必将会跻身关键词之列：从碳基生命到无机碳素，从史前壁画到太空天梯，从钻木取火到蒸汽革命，再从笔墨纸砚书酒花到柴米油糖酱醋茶，碳的身影无处不在，不可替代。作为世界上最为普遍和奇妙的元素，碳变化多端的魅力归因于其电子轨道杂化方式的多样性及其特殊的成键能力和成键方式。碳原子含有四个价电子，往往以sp，sp2和sp3等杂化形式构成具有不同性质的单质或化合物。以碳单质为例，碳元素存在多种结构、性质迥异的同素异形体。其中sp杂化形式的卡宾碳异常活泼，不易单独稳定存在；sp3杂化的金刚石稳定、超硬、价高，化学修饰较困难；sp2杂化的石墨、石墨烯化学修饰较易且具有独特的电子共轭体系，此外还存在杂化形式介于sp2杂化和sp3杂化之间的富勒烯及包含多种杂化形式碳原子的无定形碳等等。碳家族的众多成员极大丰富了碳质材料的性质，为其在各领域的广泛应用奠定了基础[1]。 1石墨烯及石墨烯基材料 石墨烯即单层或少层石墨薄片，是sp2杂化碳原子按照蜂窝状六元环结构排列而成的二维平面网络结构。2004年，曼彻斯特大学的Novoselov和Geim教授研究组利用机械剥离法成功得到独立存在的单原子层石墨烯，两位物理学家因这一开创性的发现在2010年共同获得诺贝尔物理学奖。然而当我们认真地追根溯源时，会发现石墨烯并非一颗横空出世的新星，围绕石墨烯的讨论已经在科学界
神奇的石墨烯 ——石墨烯的研究进展 石墨烯简介 石墨烯（Graphene），又称单层石墨，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[1]，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 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"；导热系数高达5300 W/m?K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V?s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω?cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，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。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)，也可称为“单层石墨”。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石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。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。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。 石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路. 石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。 既然石墨烯这么的神奇，有这么多的特性，那它的制备会不会特别难呢？ 事实表明现在大规模的制造石墨烯还比较困难，但小规模的制造用于科研还是比较容易
Preparation of Polylactide/Graphene Composites From Liquid-Phase Exfoliated Graphite Sheets Xianye Li,1Yinghong Xiao,2Anne Bergeret,3Marc Longerey,3Jianfei Che1 1Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094,China 2Jiangsu Collaborative Innovation Center of Biomedical Functional Materials,Jiangsu Key Laboratory of Biomedical Materials,College of Chemistry and Materials Science,Nanjing Normal University, Nanjing210046,China 3Materials Center,Ales School of Mines,30319Ales Cedex,France Polylactide(PLA)/graphene nanocomposites were pre-pared by a facile and low-cost method of solution-blending of PLA with liquid-phase exfoliated graphene using chloroform as a mutual solvent.Transmission electron microscopy(TEM)was used to observe the structure and morphology of the exfoliated graphene. The dispersion of graphene in PLA matrix was exam-ined by scanning electron microscope,X-ray diffrac-tion,and TEM.FTIR spectrum and the relatively low I D/I G ratio in Raman spectroscopy indicate that the structure of graphene sheets(GSs)is intact and can act as good reinforcement fillers in PLA matrix.Ther-mogravimetric analysis and dynamic mechanical analy-sis reveal that the addition of GSs greatly improves the thermal stability of PLA/GSs nanocomposites.More-over,tensile strength of PLA/GSs nanocomposites is much higher than that of PLA homopolymer,increasing from36.64(pure PLA)up to51.14MPa(PLA/GSs-1.0). https://www.doczj.com/doc/1919183176.html,POS.,35:396–403,2014.V C2013Society of Plastics Engineers INTRODUCTION Polylactide(PLA),a renewable,sustainable,biode-gradable,and eco-friendly thermoplastic polyester,has balanced properties of mechanical strength[1],thermal plasticity[2],and compostibility for short-term commod-ity applications[3,4].It is currently considered as a promising polymer for various end-use applications for disposable and degradable plastic products[5–8].Never-theless,improvement in thermal and mechanical proper-ties of PLA is still needed to pursue commercial success. To achieve high performance of PLA,many studies on PLA-based nanocomposites have been performed by incorporating nanoparticles,such as clays[9,10],carbon nanotubes[11–13],and hydroxyapatite[14].However, research on PLA-based nanocomposites containing gra-phene sheets(GSs)or graphite nanoplatelets has just started[15–17].GSs exhibit unique structural features and physical properties.It has been known that GSs have excellent mechanical strength(Young’s modulus of1,060 GPa)[18],electrical conductivity of104S/cm[19],high specific surface area of2,630m2/g[20],and thermal sta-bility[21].Polymer nanocomposites based on graphene show substantial property enhancement at much lower fil-ler loadings than polymer composites with conventional micron-scale fillers,such as glass[22]or carbon fibers [23],which ultimately results in lower filler ratio and simple processing.Moreover,the multifunctional property enhancement of nanocomposites may create new applica-tions of polymers. However,the incorporation of graphene into PLA matrix is restricted by cost and yield.Although the weak interactions that hold GSs together in graphite allow them to slide readily over each other,the numerous weak bonds make it difficult to separate GSs homogeneously in sol-vents and polymer matrices[24].Many methods have been reported for exfoliation of graphite,such as interca-lation with alkali metals[25]or oxidation in strong acidic conditions[26–29].Recently,exfoliation of graphite in liquid-phase was found to be able to give oxide-free GSs with high quality and yield at relatively low cost[30–35]. Correspondence to:Y.H.Xiao;e-mail:yhxiao@https://www.doczj.com/doc/1919183176.html, or J.F.Che; e-mail:xiaoche@https://www.doczj.com/doc/1919183176.html, Contract grant sponsor:Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China;contract grant number: 20123219110010;contract grant sponsor:Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China;contract grant number:BK2012845;contract grant sponsors:Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD),contract grant sponsor:Financial support for short visit from Ales School of Mines,France. DOI10.1002/pc.22673 Published online in Wiley Online Library(https://www.doczj.com/doc/1919183176.html,). V C2013Society of Plastics Engineers POLYMER COMPOSITES—2014
常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期：2012-09-05 作者简介：季红梅（1982—），女，江苏启东人，讲师，工学硕士，研究方向：无机功能材料．水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1，于湧涛2，王露1，王静1，杨刚1 （1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；2.吉林石化公司研究院，吉林吉林132021） 摘要：利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯（RGO ）锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明，180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中，初始放电比容量为1023.6mAh/g （电流密度为40mA/g ），电流密度增加到800mA/g 时，放电比容量维持在406.6 mAh/g ，大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词：Fe 2O 3；石墨烯；负极材料中图分类号：TM911文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2012）10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后，金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物，理论容量为1005mAh/g ，远高于石墨类材料的理论比容量，已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来，石墨烯由于其高的电传导性，大的比表面积，良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合，提升材料的电化学性能.比如，Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料，改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4，Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究，本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料，并研究了其电化学性能，合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境，并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺（C 6H 12N 2）；无水三氯化铁（FeCl 3）；石墨；硝酸钠（NaNO 3）；浓硫酸（H 2SO 4）；高锰酸钾（KMnO 4）；双氧水（H 2O 2）和盐酸（HCl ），以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜；日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪；德国Bruker Vector 22红外光谱仪；日本JEOL-2000CX 透射电镜；美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪；LAND 电池
石墨烯材料的研究进展 摘要：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。由于其独特的结构 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６０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。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。石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。 石墨烯的结构非常稳定。石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。石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、超出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，为目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，制造超微型晶体管，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，比之前的试验用晶体管快50%。 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
纳米石墨烯的特性以及应用 摘要：石墨烯是指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。在石墨烯中，碳原子之间以σ键相连接，这些σ键赋予了石墨烯极其强大的机械性能；同时，由于碳原子的结合方式为SP2杂化，因此每个碳原子都有一个孤电子，从而赋予了其优秀的导电性。而近年来，纳米石墨烯以及其氧化物，由于自身良好的生物相容性以及较大的表面积，在生物医药等领域的应用取得了极大的进展，本文将简述石墨烯以及其氧化物的特性，并举例分析其在生物载药工厂中的作用。 关键词：纳米石墨烯；纳米氧化石墨烯；生物医药；药物传递 一．纳米石墨烯以及氧化纳米石墨烯自身特性 1.1 纳米石墨烯自身特性 纳米石墨烯与石墨烯的概念容易混淆，但本质上是同一个物质。纳米石墨烯代表的是厚度在纳米级别的石墨烯。一般程度上严格定义的石墨烯都是单层的，而纳米石墨烯则有可能是多层的。纳米石墨烯常常被称为石墨烯纳米片，也被称为碳纳米片（ CNFs ）或碳纳米壁（ CNWs）。人们所熟悉的富勒烯，碳纳米管，石墨等碳材料，本质的基础单元就是石墨烯。 石墨烯最迷人的地方在于它的纯粹。单层原子的结构使得石墨烯具有极薄的性质，但由于碳原子之间强韧的σ键以及整个二维晶体平面的拉伸性能，使得石墨烯同时具有了非常高的强度性能，杨氏模量为1100Gpa，而断裂强度则达到惊人的125Gpa，这样的机械性能使得石墨烯几乎可以被利用在任何需要高强度材料的领域。 而与此同时，石墨烯二维晶体表面流动的孤电子赋予了它优越的导电性能。由于自身电阻率非常小，石墨烯被视为下一个可以取代“硅”的导电原材料，人们希望能制备出具有更高性能的现代计算机芯片或处理器。 1.2 氧化纳米石墨烯自身特性 氧化纳米石墨烯，英文缩写为GO，顾名思义是石墨烯的氧化物。氧化石墨烯保留了原有的层状结构，通过强氧化剂（例如高锰酸钾）开环，使得部分双键断裂，引入了许多含氧的官能团，例如羧基，羟基，环氧基等。这些活泼的含氧功能团赋予了石墨烯更为活泼的性能。
高分子／石墨烯纳米复合材料研究进展 高秋菊１，夏绍灵１，２＊ ，邹文俊１，彭 进１，曹少魁２ （１．河南工业大学材料科学与工程学院，郑州 ４５０００１；２．郑州大学材料科学与工程学院，郑州 ４５００５２ ）收稿：２０１２－０１－０９；修回：２０１２－０４－ ２４；基金项目：郑州科技攻关项目（０９１０ＳＧＹＧ２３２５８－ １）；作者简介：高秋菊（１９８４—），女，硕士研究生，主要从事高分子复合材料的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｑｉｕｊ ｕ２００８＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；＊通讯联系人，Ｔｅｌ：０３７１－６７７５８７２２；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｌｉｎｇ ＿ｘｉａ＠ｈａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 摘要： 石墨烯以其优异的力学、光学、电学和热学性能，得到日益广泛的关注和研究。本文介绍了石墨烯的结构、性能和特点，并对石墨烯的改性方法进行了概括。本文着重综述了高分子／石墨烯纳米复合材料的研究现状和进展，并介绍了高分子／石墨烯纳米复合材料的三种制备方法，即原位插层聚合法、溶液插层法和熔融插层法。此外，还对高分子／石墨烯纳米复合材料的应用前景进行了展望，并对石墨烯复合材料研究存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。 关键词：石墨烯；高分子；纳米复合材料；研究进展 引言 石墨烯是以ｓｐ２ 杂化连接的碳原子层构成的二维材料， 其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具 有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯比钻石还坚硬， 强度比世界上最好的钢铁还高１００倍［１］ 。石墨烯还具有特殊的电光热特性， 包括室温下高速的电子迁移率、 半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度，被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛 的应用前景［ ２］ 。石墨烯是一种疏松物质，在高分子基体中易团聚，而且石墨烯本身不亲油、不亲水，在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合，尤其是纳米复合。因而，很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究，以提高石墨烯和高分子基体的亲和性，从而得到优异的复合效应。 １ 石墨烯的改性方法 １．１ 化学改性石墨烯 该方法基于改性Ｈｕｍｍｅｒｓ法［３］ 。首先，由天然石墨制得石墨氧化物， 再通过几种化学方法获得可溶性石墨烯。其化学方法包括：氧化石墨在稳定介质中的还原［４］、通过羧基酰胺化的共价改性［５］ 、还原氧化石墨烯的非共价功能化［ ６］、环氧基的亲核取代［７］、重氮基盐的耦合［８］ 等。此外，还出现了对石墨烯的氨基化［９］、酯化［１０］、异氰酸酯［１１］ 改性等。用化学功能化的方法对石墨烯进行改性，不仅可以提高其溶解性 和加工性能，还可以增强有机高分子间的相互作用。１．２ 电化学改性石墨烯 利用离子液体对石墨烯进行电化学改性已见报道［１２］ 。用电化学的方法，使石墨变成用化学改性石 墨烯的胶体悬浮体。石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离混合物中。以１０～２０Ｖ的恒定电 · ７８· 第９期 高 分 子 通 报
石墨烯 世界2010年最大的科学笑话？ 是“石墨薄片”获2010世界诺贝尔物理学奖? 获奖理由是说：获奖科学家用小学生使用的铅笔，在纸上涂抹下铅笔芯中的石墨粉，再用胶粘纸，进行反复粘贴，石墨粉变薄，而能创造出天下奇迹。也就是石墨粉越薄，强度越大，强得能超过钢铁100倍？越薄越能耐高温？越薄越有超导电性？而没有任何事实根据支持，竟然获奖。 “石墨薄片”获奖，被推荐和评选为2010世界最大笑的理由是：因为在宇宙间，在世界上找不到，永远也找不到，物质越薄，强度越大，越能耐高温，电阻越小的物质和事实存在,诺贝尔奖又是世界上的大事。而宇宙间有数不尽的大自然机器早已作了上百亿年的试验，证据事实数据堆山塞海。人类也进行了数不尽的物质材料验证实验，事实证据也无处不在。无不说明在地球上，人世间绝对没有，物质越薄强度越大……的物质和事实存在。难道宇宙和人类早已进行了千年，万年……. 的辛苦实验，还不如用铅笔在纸上毫无事实根据的胡乱画圈？而世界顶级的科学家们，则对大自然的事实视而不见，就此胡乱的相信和评选.....，还有我们更多无知的吹捧，难道不是天下的大笑话？如果您不相信可以去自作小学生的实验，去看一看变相批评瑞典皇家科学院，2010年物理学评审委员会的建议文章，就会更明白。当
然还有在自由的环境下，用“石墨诺贝尔笑话奖”这个题目就能看到成千上万的科学精英们，对此问题是怎么说的？又是怎么样去看？
科学家将石墨烯聚光能力提高20倍 据美国物理学家组织网8月30日报道，英国科学家表示，他们对石墨烯的最新研究表明，让石墨烯与金属纳米结构结合可将石墨烯的聚光能力提高20倍，改进后的石墨烯设备有望在未来的高速光子通讯中用作光敏器，让速度为现在几十倍的超高速互联网成为现实。相关研究发表于《自然—通讯》杂志上。 2010年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃谢洛夫因在石墨烯研究领域的突出贡献而荣膺诺贝尔奖。现在，他们和剑桥大学科学家做出了这项最新发现，为提高互联网和其他通讯设施的速度铺平了道路。 此前科学家们就发现，将两根紧密排列的金属丝放在石墨烯上方，用光照射于其上会产生电力，这个简单的设备其实是一个基本的太阳能电池。更重要的是，因为石墨烯内的电子拥有高流动性和高速度等独特属性，石墨烯设备处理数据的速度可能是目前最快的互联网光缆的几十倍甚至几百倍。 然而，迄今为止，这些极富应用潜力的设备在实用过程中一直遭遇聚光效率低下这一瓶颈，石墨烯只能吸收照射于其上的3%的光线来产生电力，其余光线全成了“漏网之鱼”。
石墨烯复合材料 石墨烯是单层碳原子通过sp2杂化形成的蜂窝点阵结构，属于二维原子晶体，此独特的空间结构，给石墨烯带来了优异的电学、力学、热学和比表面积大等性质。但是二维石墨烯由于片层之间具有较强的π-π作用和范德华力，使得石墨烯容易聚集形成石墨，限制了石墨烯在各个领域中的应用。因此，为了防止石墨烯的聚集和拓展石墨烯的应用，科研工作者将石墨烯与高分子或者无机纳米粒子进行复合，从而得到具有优异性能的复合材料。石墨烯的复合材料具有化学稳定性高、比表面积大，易回收等特点，在环境治理方面受到了科学家的青睐。 一、石墨烯复合材料的分类和制备 1、石墨烯-高分子复合材料 石墨烯-高分子复合材料，石墨烯的独特的结构和性能，对于改善高分子的导电性、热性能和吸附能力等方面有非常大的应用价值。制备石墨烯-高分复合材料最直接的方法是将高分子溶液与石墨烯的溶液混合，其中高分子和填充物在溶剂中的溶解能力是保证最佳分散度的重要因素。因此，在溶液混合时，可以将石墨基质表面功能化来提高它在多种溶剂中的溶解度。例如，异氰酸
苯酯修饰的GO在在聚苯乙烯的DMF溶液中表现出了较好的溶解度。 2、石墨烯-无机纳米粒子复合材料 无机纳米粒子存在着易于团簇的问题，并且选择合适的载体也是其广泛应用需要解决的问题。石墨烯具有多种优异的性能，并且具有较大的比表面积，可以成为无机纳米材料的载体。无机纳米粒子可以将易于团簇的石墨烯片层分开，防止团簇，从而两者形成石墨烯-无机纳米粒子新型的复合材料，这些材料广泛的应用于检测、催化和气体存储等方面。目前已报道的有负载的金属纳米粒子Ag、Au、氧化物纳米粒子ZnO和Fe3O4等。 3、其它石墨烯复合材料 石墨烯不仅仅可以和高分子、无机纳米材料复合，还可以同时结合高分子、纳米粒子和碳基材料中的一种或者两种，形成多元的含有石墨烯的复合材料。这类材料具有多功能性，用于超级电容器或者传感器等。 二、石墨烯复合材料在水治理的应用 1、吸附作用 碳材料中活性碳和碳纳米管被广泛的应用于水净化领域，将石墨烯与其它化合物进行复合，这些复合材料在吸附污染物上有非常高的效率，可以应用于染料、多芳香环烃和汽油的吸附。比如利用磁性-壳聚糖-石墨烯的复合材料可以大大提高去除溶液中的亚甲基蓝的效率，吸附能力达到
石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。
石墨烯材料研究进展 化学工程与工艺 0909403068 王月 摘要：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、高机械强度、易于修饰及大规模生产等。2004年石墨烯的成功剥离，使石墨烯成为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，其产品研发和应用目前正在全球范围内急剧增加。本文通过对石墨烯的特性、制备和应用现状几方面进行了综述。 关键词：石墨烯制备应用进展 石墨烯是碳 原子紧密堆 积成单层二 维蜂窝状晶 格结构的一 种碳质新材 料，是构筑 零维富勒 烯、一维碳 纳米管、三 维体相石墨等sp2杂化碳（即碳以双键相连或连接其他原子）的基本结构单元，如图1所示。石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈〃海姆和康斯坦丁〃诺沃肖洛夫，
利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨 烯晶体，并发现了石墨烯载流子的相对论粒子特性，才引发石墨烯研 究热。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，人们发现，将石墨烯 引入工业化生产的领域已为时不远了[1]。 1石墨烯的特性 石墨烯是零带隙半导体，有着独特的载流子特性，为相对论力学 现象的研 究提供了一条重要 途径；电子在石墨 烯中传输的阻力很 小，在亚微米距离 移动时没有散射，具 有很好的电子传输 性质；石墨烯韧性 好，它们每100nm 距离上承受的最大 压力可达2.9N ［2］，是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一。石墨烯特有的 能带结构使空穴和电子相互分离，导致了新电子传导现象的产生,如 量子干涉效应、不规则量子霍尔效应。Novoselov 等观察到石墨烯具 有室温量子霍耳效应，使原有的温度范围扩大了10倍。石墨烯在很 多方面具备超越现有材料的特性，具体如图 2 ［3］所示，日本企业的 一名技术人员形容单层石墨碳材料“石墨烯”是“神仙创造的材料”。 图2 石墨烯的特点
石墨烯在复合材料中的应用 龚欣 （东南大学机械工程学院南京211189） 摘要：介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景． 关键词：石墨烯纳米复合材料 2004年至今, 关于石墨烯的研究成果已在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文, 石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点．基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述． 一、基于石墨烯的复合物 利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用． 1.1 石墨烯与高聚物的复合物 功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用． 添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg 提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6% 的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件． 石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构．通过还原分散在Nafition膜中
河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日
摘要 自从2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是世上最薄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；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，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。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，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。 石墨烯的结构非常稳定，石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。 但是，因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力，导致其很容易堆积团聚，在一般溶剂中的分散性很差，所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文，分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词：石墨烯纳米材料制备复合材料
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1919183176.html, 石墨烯的研究进展概述 作者：兰耀海 来源：《建材发展导向》2014年第03期 摘要：由于石墨烯具有独特的结构和优越的性能，现己逐渐应用于电子材料、薄膜材 料、储能材料、液晶材料、催化材料等先进的功能材料领域。石墨烯复合材料是石墨烯应用研究中的重要领域，近年来已成为材料研究的热门领域。文章主要对石墨烯的物理化学性质、制备方法、石墨烯复合材料以及应用领域进行简单总结，并对未来石墨烯复合材料的发展做一展望。 关键词：石墨烯；复合材料；研究进展 1 石墨烯的物理化学性质 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，是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，英国科学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在。石墨烯具有特殊的单原子层结构和奇特的物理性质：强度达130GPa、热导率约5000J/（m·K·S），禁带宽度几乎为零、载流子迁移率达到2×105cm2/（V·s），具有极高的透明度（约为97.7%）、表面积的理论计算值为2630m2/g，石墨烯的杨氏模量（1100GPa）和断裂强度（125GPa）与碳纳米管相当，它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列优良性质。 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。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，只吸收大约2.3%的光。石墨烯的物理性能优越可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，这赋予石墨烯良好的导电性。 2 石墨烯的制备方法 自从2004年曼彻斯特大学的研究小组发现了单层及薄层石墨烯以来，石墨烯的制备引起学术界的广泛关注。由于二维晶体结构在有限温度下是极不稳定，而考察石墨烯的基本性质并充分发挥其优异性能需要高质量的单层或薄层石墨烯，这就要求寻找一种石墨烯的制备方法来满足日益增长的研究及应用需求。 目前石墨烯的制备方法主要划分为三类：第一类为化学剥离法，这种方法通过制备氧化石墨作为前躯体，使用化学还原，溶剂热还原，热膨胀还原等手段得到对应的石墨烯。第二类为