石墨烯（二维碳材料）
石墨烯（Graphene）是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。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康
斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两
人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要
高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目
前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来
生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数
百倍。
另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作
为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底
改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名 graphene
发现时间 2004年发现人 Geim、 Novoselov
电子迁移率 15000cm2/(v s) 杨氏模量 1100GPa
断裂强度 125GPa 导热系数 5000W/(m K)
理论比表面积 2630m2/g 可见光透过率≥97%
应用领域电子、化学研究厚度一个原子层
研究历史
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，在随后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
主要制备方法
制备石墨烯常见的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法（CVD）。
机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。这种方法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构，但是得到的片层小，生产效率低。[2]
氧化还原法是通过将石墨氧化，增大石墨层之间的间距，再通过物理方法将其分离，最后通过化学法还原，得到石墨烯的方法。这种方法操作简单，产量高，但是产品质量较低。[3]
SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使硅原子升华脱离材料，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。[4]
CVD是目前最有可能实现工业化制备高质量、大面积石墨烯的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点，但现阶段成本较高，工艺条件还需进一步完善。
主要分类
单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周
期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结
构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
少层石墨烯（Few-layer）：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛
构成的一种二维碳材料。
多层或厚层石墨烯（multi-layer graphene）：指厚度在10层以上10nm
以下苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。
基本特性
石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ
键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁
强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p
电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋
予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四
层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率
远远高于ITO薄膜。[5]
石墨烯是已知的世上最薄、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5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/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。因其电阻率极低，电子迁
移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、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。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统
的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这
种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这
使它具有了非比寻常的优良特性。
石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。以独立碳原子为基，将周
围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布。在
狄拉克点（Dirac Point）附近展开，可得能量与波矢呈线性关系（类似于光子的色散关系），且在狄拉克点出现奇点（singularity）。这意味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这也解释了该材料独特的电学等性质。
主要应用
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。
消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示
2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年，平板电脑对
大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，为石墨烯的应用提供了广阔的市场。
韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显
示屏，相信大规模商用指日可待。
另一方面，新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻
省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，可极大
降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小
型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车
电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。
这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。
由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优
势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用.
发展前景
全球市场
美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新的电池。这种新的电池可把数小时的充电
时间压缩至短短不到一分钟。分析人士认为，未来一分钟快充石墨烯电池实现
产业化后，将带来电池产业的变革，从而也促使新能源汽车产业的革新。
2013年初，美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为
基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。
微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。当前主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术，需要投入大量的人力和成本，阻碍了
产品的商业应用。以后只需要常见的DVD刻录机，甚至是在家里，利用廉价材
料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。
2015年1月，西班牙Graphenano公司（一家以工业规模生产石墨烯的公司）同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前
市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。Graphenano公司计划于2015年将此电池投入生产，并
且计划与德国四大汽车公司中的两家（现在还不方便透露公司名称）将在本月
和电动汽车进行试验。
韩国研究人员在硅基底上成功合成了晶片级的高质量多层石墨烯。该方法基于一种离子注入技术，简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分，但大部分
石墨烯制造方法都与硅微电子器件不兼容，阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应
用的跨越。
中国方面
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产
原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是
阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两
大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
中科院重庆绿色智能技术研究院的研究人员在展示单层石墨烯产品的超强
透光性和柔性。
中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议，并分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作协议，为“石墨烯全球并购，中国整合”战略
打响了第一枪。此外，3月初全球首批3万部量产石墨烯手机在重庆发布，开
启了石墨烯产业化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料规划已经基本
落定，预计2015年将成为中国石墨烯产业爆发元年。
2014年3月20日，中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛课题组与清华
大学和中科院金属研究所相关团队合作，成功研制出高导热石墨烯/炭纤维柔性复合薄膜，其厚度在10~200 μm之间可控，室温面向热导率高达977 W/m·K，拉伸强度超过15 MPa。
2014年11月26日，中国科学技术大学吴恒安教授、王奉超特任副研究员
与安德烈-海姆教授课题组及荷兰内梅亨大学研究人员合作，在石墨烯等类膜材料输运特性研究方面首次发现，石墨烯可以作为良好的“质子传导膜”，国际
顶尖学术期刊《自然》在线发表了这一研究成果。
2015年03月02日，全球首批3万部石墨烯手机在渝发布，该款手机采用
了
最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜，可接受官方预定，16G售价
2499元。其核心技术由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波
材料技术与工程研究所开发。
2015年5月18日，国家金融信息中心指数研究院在江苏省常州市发布了
全球首个石墨烯指数。指数评价结果显示，全球石墨烯产业综合发展实力排名
前三位的国家分别是美国、日本和中国。
2015年5月，南开大学化学学院周震教授课题组发现一种可呼吸二氧化碳
电池。这种电池以石墨烯用作锂二氧化碳电池的空气电极，以金属锂作负极，
吸收空气中的二氧化碳释放能量。
2015年6月，南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授的联合
科研团队通过3年的研究，获得了一种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太
阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的千倍以上。该研究成果令“光动”飞行成为可能。
2015年10月习近平访英期间，华为与英国曼彻斯特大学共同宣布将在石
墨烯领域展开研究。
据工信部网站11月30日消息，为引导石墨烯产业创新发展，助推传统产
业改造提升、支撑新兴产业培育壮大、带动材料产业升级换代，发改委、工信部、科技部等三部门印发关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见。
为加快推进京津冀石墨烯产业发展，培育新的产业增长点，2015年12月
20日，京津冀石墨烯产业发展联盟在京成立，未来将形成以河北唐山为中心，
跨越京津冀等地区，集生产、研发、检验检测、融资服务等为一体的石墨烯产
业集群，形成京津冀战略性新兴产业高地。预计到2017年底，将实现20亿元
以上的年产值。
主要影响
由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将
“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长Colin Bailey教授称：“石墨烯
有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和
计算机芯片。”
氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括：分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。
1.石墨烯（Graphene）的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp2杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。 如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。 图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。 图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有
相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。 单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯（Few-layer or multi-layer graphene）：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC 堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。 由于二维晶体在热力学上的不稳定性，所以不管是以自由状态存在或是沉积在基底上的石墨烯都不是完全平整，而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱，蒙特卡洛模拟和透射电子显微镜都证明了这一点。这种微观褶皱在横向上的尺度在8~10nm 范围内，纵向尺度大概为 0.7~1.0nm。这种三维的变化可引起静电的产生，所以使石墨单层容易聚集。同时，褶皱大小不同，石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。 图1.3 单层石墨烯的典型构象 除了表面褶皱之外，在实际中石墨烯也不是完美存在的，而是会有各种形式的缺陷，包括形貌上的缺陷（如五元环，七元环等）、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能，如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法，如高能射线照射，化学处理等引入缺陷，却能有意的改变石墨烯的本征性能，从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。 2.石墨烯的性质 2.1 力学特性
获奖者2010年10月5日，2010年诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的研究。 PPT1安德烈·海姆，1958年10月出生于俄罗斯，拥有荷兰国籍，父母为德国人。1987 年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位。他于2001年加入曼彻斯特大学，现任物理学 教授和纳米科技中心主任。之前拥有此荣誉头衔的人包括卢瑟福爵士，卢瑟福于1907-1919年在曼 彻斯特大学工作。 他至今发表了超过150篇的文章，其中有发表在自然和科学杂志上的。他获得的奖项包括2007 年的Mott Prize和2008年的Europhysics Prize。2010年成为皇家学会350周年纪念荣誉研究教授。 在2000年他还获得“搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。10年 后的2010年他获得诺贝尔物理学奖。 2010年医学奖：荷兰的两位科学家发现哮喘症可用过山车治疗。 和平奖：英国研究人员证实诅咒可以减轻疼痛。 PPT2康斯坦丁·诺沃肖洛夫，1974年出生于俄罗斯，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。是安德烈·海姆的博士生。 曼彻斯特大学目前任教的诺贝尔奖得主人数增加到4名，获得诺贝尔奖的历史总人数为25位。发现 石墨属于混晶，为片层结构，层内由共价键相连，层间由分子间作用力相连。共价键是比较牢固的，但分子间作用力（范德华力）小得多。因此，石墨的单层是牢固的，而层间作用力很小，极易脱落。 2004年，他们发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。 结构
关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）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維材料。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。 石墨烯是已知的世上最薄、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K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、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。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报
石墨烯触摸屏技术应用初探 【摘要】石墨烯凭借其高导电性、高韧度、高强度、高透明度、超大比表面积等优势成为新兴产业中的新兴材料，技术含量高，应用前景广，可以大幅提升原产品的优异性能。由石墨烯替代ITO制作而成的柔性触摸屏能够实现手机与平板电脑的完美统一，将带来消费电子领域划时代的变革。但触摸屏对石墨烯的面积要求大，目前大规模制备技术尚不成熟，且成本较高。本文分析了石墨烯的结构和性质，给出了石墨烯触摸屏的制备流程、工作机理、性能及发展现状。我们期待随着对其研究的深入，降低制备成本，提高生产效率，加快商业化进程。 【关键词】石墨烯;触摸屏;CVD;ITO;电阻式;电容式;发展现状 1.引言 人类对石墨烯的认识有一个发展变化的过程。传统理论曾一度错误地认为“石墨烯是假设性的结构，无法单独稳定地存在”。直至2004年，英国曼彻斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两位物理学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实石墨烯可以单独存在，并非假设性的结构。两人也因此项杰出研究成果共同荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯从此进入大众视野，成为新材料家族中耀眼的明珠，甚至有人预言石墨烯将成为“改变21世纪的材料”。 近年来，众多科研人员对石墨烯的应用开展了广泛而深入的研究。由石墨烯替代ITO制作而成的柔性触摸屏能够实现手机与平板电脑的完美统一，使人机交互更加人性化。在不久的将来，如能实现石墨烯的低成本批量生产，石墨烯触摸屏将会凭借其优异的性能和适中的价格进入市场走向千家万户，将带来消费电子领域划时代的变革。 2.石墨烯概述 2.1 结构 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维纳米新材料，是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，看上去近似一张六边形网格构成的平面，如图1所示。 图1 2.2 机械特性 石墨烯是迄今为止世界上已知的最薄、最坚硬的二维纳米材料，比钻石还要坚硬，强度比世界上最优质的钢材还要高上百倍。石墨烯因其拥有完美的对称正六边形结构，非常稳定，而且各个碳原子之间的连接很柔韧，所以即使受到外力
石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 摘要：石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有巨大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等优点，在诸多领域有广泛的应用。石墨烯因具有巨大的比表面积和高的反应活性，作为一种优异的吸附材料在水处理方向具有较好的应用前景。本文概述了石墨烯及其复合材料在水处理方面的研究进展。石墨烯及其复合材料对于处理重金属离子和有机污染物质的吸附效果好，吸附容量高。最后对其在水处理中的应用前景做了展望。关键词：石墨烯；复合材料；吸附；水处理 引言 石墨烯（graphene，GN）自2004年发现以来,由于具有独特的结构与性能，很快成为新材料研究领域的热点。石墨烯是一种sp2杂化的碳原子以六边形排列的周期性蜂窝状二维碳质新材料[1]。石墨烯具有独特的物理化学性质[2]，除强度较高外，其理论比表面积竟高达2630m2/g，孔隙结构较丰富，这一点使其成为良好吸附材料的基础[3]。除此之外，还具有良好热导率和电导率[4]～[5]，可在传感器、电极材料、储氢材料等应用[6]。 石墨烯作为水处理材料，在环保领域拥有广阔的应用前景。这主要是因为，它具有二维的平面结构、开放的孔结构、良好的柔韧性、稳定的化学特性、巨大的比表面积等优点；石墨烯的比表面积比碳纳米管更大，吸附能力更强。从而应用石墨烯的优异性能，可将其加工成催化材料、吸附材料和过滤材料等，可以有效吸附水中的多种污染物。同时，由于制造石墨烯的石墨来源比较广泛，且石墨烯相比碳纳米管价格比较低廉，制备过程简单，许多学者开始研究石墨烯在水处理中的应用[7]～[8]。 本文介绍了石墨烯与水处理相关的主要性能，综述了石墨烯及其复合材料在水处理中的研究进展，并对当今石墨烯材料在水处理研究中遇到的挑战和问题做了进一步分析，对今后这一领域的研究作了展望。 1石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 1.1石墨烯 石墨烯因其吸附原理简单、费用低及处理效果好等优点广泛应用在水环境治理中。巨大的比表面积使石墨烯成为良好的吸附材料。作为吸附剂在水处中的相关研究主要集中在吸附两类污染物：有机物与无机阴离子[9]。水中的有机污染物易与石墨烯表面发生相互作用，形成稳定的复合物，进一步得到去除。因而许多学者主要研究了石墨烯吸附去除水中的有机染料。 Liu 等人研究了石墨烯在不同温度、pH值、接触时间和浓度下对亚甲基蓝的吸附，研究发现石墨烯最大吸附量高达到153.85mg/g，吸附等温线符合Langmu模型[10]。Wu 等人研究了石墨烯对丙烯腈、甲苯磺酸及甲基蓝的吸附，与其他碳纳米材料相比，石墨烯表现出较强的吸附能力，甲基蓝因为有苯环和大分子，从而使石墨烯的吸附速度更快，吸附容量更大[11]。Li等人研究了石墨烯在不同温度、pH值、反应时间下对氟化物的吸附性能，结果发现在298K下,当氟化物的初始浓度为25mg/L时,石墨烯的吸附量可达17.65 mg/g[12]。石墨烯对无机污染物的吸附研究使其在水处理领域的研究进一步扩大。
石墨烯 石墨烯（Graphene）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，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，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。 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- 6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料（仅限常温下，肯定 比不过超导）。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，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。石墨烯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)。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. 发现历史 在本质上，石墨烯是分离出来的单原子层平面石墨。按照这说法，自从20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，V. Kohlschütter 和 P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。1948年，G. Ruess 和 F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微 镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）图像。
石墨烯在触摸屏领域的应用 摘要：石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，适合用来制造透明触摸屏、光板、太阳能电池等产品，是一种用途非常广泛地材料。这里，着重介绍替代金属铟的材料石墨烯在未来触摸屏市场的应用前景，并提出杭州驰飞超声波设备有限公司（以下简称“驰飞超声波”）的新型石墨烯制备方法。 关键词：驰飞超声波；超声波纳米制备装置；石墨烯；触摸屏 随着全球电子设备触摸屏总面积的不断增长，生产触摸屏的稀有金属铟材料将被耗尽。因为现代触摸屏的表面都会用到一层铟锡氧化物，具有较好的透明性和导电性，所以广泛应用于显示产业领域。然而铟金属属于稀有金属，全球存量非常稀少，随着智能手机、平板电脑和其他现代电子设备需求量大增，未来铟金属将会告罄，而目前寻找铟金属的替代性材料成为全球各地热门的研发项目。 在未来几年内，全球触摸屏市场或许将出现铟金属的替代材料和技术，由于石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示等方面有很好的应用。故此，石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料。 石墨烯的制成需要有尖端的制备工艺，目前业内主要有四种制备方法，分别是机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、和气相沉积法。从制造工艺来看，目前业内的四种方法均有各自的优势和缺陷；从实际情况看来，这四种方法制造工艺不稳定、成本居高不下，仍是石墨烯走向产业化最需要解决的问题。 驰飞超声波提出将超声波技术引入石墨烯制备过程中，研发超声波纳米制备装置。在石墨液体中，当声波的功率相当大，液体受到的负压力足够强时，石墨分子间的平均距离就会增大并超过极限距离。而超声波在石墨液体中会产生空化作用，使石墨粒子运动速度大大加快，达到剥离石墨形成单层或多层石墨烯。
石墨烯与水制氢开发项目简介 目前主要开发建设的石墨烯与水制氢，二氢斛皮素，桦树茸菌项目有6个，分别介绍如下： 一、石墨烯润滑油项目 本项目最早于2011年由俄罗斯引进，最初在国家科技部立项名称为：“军民两用陶瓷基金属磨损自修复技术”，经改进后称为：“石墨烯基金属磨损智能修复材料”，但从其功能老说：称为“石墨烯润滑油”比较易懂易记。 经黑龙江省环保局实际检测，对选定的13台柴油载重车添加本品前后对比，得出以下结论：平均污染颗粒物降低10.9倍；CH（碳氢化和物）排放污染物平均下降2.18倍；CO（一氧化碳）排放污染物平均降低35%；NO（一氧化氮）排放污染平均降低1.88倍。 同时对添加本品后发动机缸压变化结果进行对比，得出：单行程缸压提高41%、四行程缸压提高48%、多行程缸压提高42%的结果。 缸压的提高说明发动机的密封性和动力性明显改善，达到了减排增效的目的。 本品实际上最大的功能是：新车、新机械的磨合。早在1964年苏联学者就提出：磨合程度不同，磨合工况不同，车辆、机械的寿命也不同。而本项目生产的产品具有相当好的修复功能，可以使纳米级石墨烯颗粒，在润滑油中稳定分散，根据不同工况自调节沉积，促进
车辆机械的最佳磨合，延长使用寿命。 石墨烯润滑油可以减少环境污染、提高设备的寿命，是绿色、环保、节能、增效，促进社会稳定发展的好产品。 目前全世界每年消耗润滑油4000多万吨，中国每年消耗润滑油在600万吨左右，但大多数生产厂家生产的是低档次润滑油，采用石墨烯润滑油的仅万吨左右，因此市场前景良好。 本项目预计建设万吨石墨烯润滑油的生产企业需要投资2亿元左右，投资回收期在2-3年左右。 二、石墨烯防霾口罩项目 利用石墨烯过滤性好，热传导性能好的特点进行开发，以满足人们对在雾霾天气下使用的需求。 本项目利用石墨烯纳米纤维纺纱技术，通过该技术制作的口罩，可有效过滤99%纳米以下的微观物质。防霾石墨烯口罩用料轻薄，就像餐巾纸一样，在高效过滤有害物质的同时，令穿戴者呼吸轻松。 三、石墨烯创伤敷料： 利用石墨烯吸附力强的特点，可以对创伤或者手术刀口使用的敷料采用石墨烯，（经高温灭菌消毒）可以较空的吸取伤口的渗液，达到创伤表面干燥，促进医疗康复的作用。 四、水制氢清洁能源 用电解的方法，将水分解成氢气和氧气，这是一个众所周知的原
石墨烯问题释疑II 已有 589 次阅读2011-1-17 10:01|个人分类:石墨烯|系统分类:论文交流|关键词:科学家大尺度半导体六边形诺贝尔 因为与多位老师讨论，他们提出了疑问，为了更清楚解释，对原文作了修改，再次发表。我要强调这只是我们研究结果的一个推论，2009年长沙纳米会议上就提出了相关研究结论。在2010年诺贝尔物理奖的公告发表前就已经有定论的东西，只是当时并未拿起人们重视。诺奖公告中很多对于石墨稀的宏观应用预测，如石墨稀吊床等是不真实的，应该打假；但对于石墨稀微观性能研究还应继续深入，比如半导体器件等研究。 广为传播的网上石墨烯由多个正六边形组成的图案，是想当然的图案，因为边界处碳原子与两个碳原子连接，键长短强度大，而石墨烯内部碳原子与三个碳原子连接，键长长强度小，两者以现有试验数据，就可知化学键能差距约在40%左右（注意有误差，但差距明显不容否认），石墨烯边界处碳碳之间和内部碳碳之间，是不同的化学键在相互连接。这点得到了包括前诺奖得主在内的多位科学家认同。 石墨烯的特异性是依靠其边界而存在的，我们提出边界碳原子的色散作用导致石墨烯可以存在的微观结构本质原因。我们认为其悬浮态下，很难制备更大尺度超过数十微米的稳定的单层悬浮石墨烯。若石墨稀附着载体上，其尺寸会达到几十厘米级别，但是大尺寸石墨稀与微米级以下的石墨烯性质已经不同，此时若石墨稀悬浮，它会极不稳定而发生破裂或者褶皱（注意这也形成了新的边界，此时化学键的键角发生了变化）。诺奖公告中的与此相关的很多宏观应用的结论是不真实的。 打个比方就象两种不同强度的弹簧联接着碳原子，而边界处的碳原子受到短而更高强度的弹簧来连接，那么其结果是对于内的较弱强度长的弹簧会起到收紧的作用。而在表观上起到了限制石墨烯内部碳原子自由振动的作用，石墨烯才在现实中可以稳定存在，所以二维石墨烯才能有制备分离出来的可能。 因为键长键角不同，边界处石墨烯六边形结构会变形，而因为原子和原子间结构的紧密性，保持六边形必然使得相邻碳原子电子云受到色散应力，这一应力作用范围有限，但是它会想接力赛一样，将这一应力一级一级传递下去，而在微观尺度下，传递效率会很高，受不同角度和方向边界传递过来的这一色散应力作用，会发生抵消衰减的，石墨烯内部的就会难以稳定存在，所以石墨烯（我强调单一完整的悬浮）不可能获得尺寸无限增大。而且即使增大到数百微米的石墨烯与一微米大小的石墨烯相比，因为上述原因，其性质也会有差异，而且具体可以获得的石墨烯最大尺寸与制备时大气环境下的温度和压力也相关。 实际能稳定存在的石墨烯其内部每个碳碳化学键的电子云分布都要受到边界不同碳碳键导致的色散应力的影响，而达到一个动态均化的平衡，这是悬浮石墨稀能够存在的动力学基础。2010年诺奖得主应当是对此认识不清，诺奖委员会对
题目：石墨烯的结构性能以及研究现状 院（部）系材料科学与工程学院 所学专业材料工程 年级、班级2014级 学号2014730056 完成人姓名卫明
摘要 采用对氧化石墨进行高温还原获得石墨烯，通过高速剪切分散法将石墨烯分散到聚二甲基硅氧烷中，固化后得到石墨烯/室温硫化( RTV) 硅橡胶复合材料。对石墨烯和复合材料的微观形貌进行了表征，并考察了复合材料的性能。结果表明，所制备石墨烯的厚度为1 ～3 nm，为具有较少层数的石墨烯片层结构;复合材料断面呈微相分离结构，但其差示扫描量热曲线只有1个玻璃化转变温度( Tg ) 。随着石墨烯用量的增加，复合材料的Tg 升高，结晶熔点降低。 关键词：石墨烯；复合材料；力学性能 Abstract Graphene was prepared by reducing graphite oxide with hydrazine hydrate as reductant. Graphenewasdispersed in -polydimethylsiloxane by high-speed shearing dispersion method.The graphene /room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber composites were obtained after curing. The micro morphology of graphene and the composites were characterized and the properties of the composites were analyzed. The results showed that the as-prepared graphene nanosheet had fewer layers and its thickness was 1－3 nm. The composites had a microphase separation structure, but its differential scanning calorimetry curve exhibited only one glass transition temperature (Tg) and one crystalline melting point(Tm). With the increase of the content of graphene, Tg increased and Tm decreased. Key words: graphene; composite; mechanical property
什么是生物质石墨烯？ 生物质石墨烯 被称为“黑金”的“新材料之王”——石墨烯，是从碳材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层或多层原子厚度的二维晶体，拥有非常优异和独特的光、电、磁、机械等物理性能和化学性质。生物质石墨烯是石墨烯大家族中的一员，它是以圣泉集团特有的植物多空活性纤维素为原料，采用基团配位组装（GCA）法，在热催化条件下经过高温碳化等高效精密的加工步骤制成。生物质石墨烯在具有一般石墨烯的特性，如：良好热传导性、导电性之外，还具有自己的性能，如：低温远红外功能和超强抗菌抑菌性能。 生物质石墨烯内暖纤维 内暖纤维是由生物质石墨烯与各类纤维复合而成的一种智能多功能纤维新材料具备超越国际先进水品的强大远红外功能集抗菌抑菌、抗紫外线、防静电等作用于一身被誉为“划时代的革命纤维”。其具备两大特点： 低温远红外 生物质石墨烯具备强大的低温远红外功能，经国家权威机构检测：添加不同比例的生物质石墨烯织物，可在20~35℃低能态下，对6—14μm波长远红外光吸收率达88%以上；强大的低能态远红外功能有助于加速皮肤表面温度，使毛细血管扩张，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，疏通经络。 抗菌抑菌 生物质石墨烯与细菌作用时表现出优异的抗菌性能，其功能性织物具有吸附异味、吸湿透气等综合功能。生物质石墨烯内暖纤维的抗菌性能结合其强大的远红外功能，激活皮肤免疫细胞功能，通过石墨烯吸附细菌细胞膜磷分子的原理，物理破坏细菌结构，达到消炎抑菌的目的。消炎抑菌效果达到抗菌针织内衣国家标准3A级以上，洗涤后抗菌效果不衰减。在抗菌抑菌的同时，生物质石墨烯内暖纤维不影响人体健康细胞生长发育，是真正适合保健功能服饰采用的材料。
石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究 内蒙古工业大学化学工程与工艺徐涛 010051 摘要: 石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的碳! 热潮。分析了近1 年来发表在Science、Nature 等期刊上的关于石墨烯的论文, 对石墨烯制备、表征及应用方面的最新进展进行了综述, 并对各种制备技术及表征手段进行了分析评价。 关键字: 石墨烯, 制备, 表征, 应用, 石墨烯氧化石墨烯(GO) 功能化石墨烯传感器 碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料, 它可以形成硬度较大的金刚石, 也可以形成较软的石墨. 近20 年来, 碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域, 1985 年发现的富勒烯[1]和1991 年
发现的碳纳米管(CNTs)[2]均引起了巨大的反响, 兴起了研究热潮. 2004 年, Manchester 大学的Geim 小组[3]首次用机械剥离法获得 了单层或薄层的新型二维原子晶体——石墨烯. 石墨烯的发现, 充 实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨 烯到三维的金刚石和石墨的完整体系. 石墨烯是由碳原子以sp2 杂 化连接的单原子层构成的, 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0.35 nm, 是目前所发现的最薄的二维材料[3]. 石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元, 可以翘曲变成零维 的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs[4-5]或者堆垛成三维的石墨(图1). 这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象, 使石墨烯表现出许多 优异的物理化学性质, 如石墨烯的强度是已测试材料中最高的, 达130 GPa[6], 是钢的100 多倍; 其载流子迁移率达1.5×104 cm2〃V-1〃s-1 [7], 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2.5×105 石墨烯的热导率可达5×103W〃m-1〃K-1, 是金刚石的3 倍[. 另外, 石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall effect)[10]及室温铁磁性[11]等特殊性质. 石墨烯的这些优异性引 起科技界新一轮的“碳”研究热潮, 已有一些综述性文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道.,本文仅根据现有的文献报道对石墨烯 的制备方法、功能化以及在化学领域中的应用作一综述
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920553019.7 (22)申请日 2019.04.23 (73)专利权人 东莞市仓盛通讯科技有限公司 地址 523000 广东省东莞市黄江镇田美工 业北区盛业路永泰一街2号 (72)发明人 龚华明 (74)专利代理机构 东莞市浩宇专利代理事务所 (普通合伙) 44460 代理人 陈凯玉 (51)Int.Cl. H01R 31/06(2006.01) H01B 7/17(2006.01) H01B 7/04(2006.01) H01B 11/06(2006.01) (54)实用新型名称 一种带石墨烯屏蔽的HDMI线 (57)摘要 本实用新型公开了一种带石墨烯屏蔽的 HDMI线，包括线体和位于该线体两端的接线端 子，所述线体包括外护套、 信号线和控制线，所述信号线共设置有5根，所述控制线共设置有4根， 所述信号线和所述控制线均设置于所述外护套 内，所述外护套内壁设置有石墨烯导电膜，所述 外护套内侧还设置有总地线。有益效果在于：通 过将传统的屏蔽层替换为石墨烯导电膜，提高了 HDMI线的电磁屏蔽性能，降低HDMI线线材的线 径、降低线材重量，并且提高线材的弯曲性能，提 高HDMI线的柔韧性，从而延长HDMI线的使用寿 命。权利要求书1页 说明书2页 附图2页CN 209730391 U 2019.12.03 C N 209730391 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209730391 U 1.一种带石墨烯屏蔽的HDMI线，其特征在于，包括线体(7)和位于该线体(7)两端的接线端子(8)，所述线体(7)包括外护套(2)、信号线(4)和控制线(5)，所述信号线(4)共设置有5根，所述控制线(5)共设置有4根，所述信号线(4)和所述控制线(5)均设置于所述外护套(2)内，所述外护套(2)内壁设置有石墨烯导电膜(3)，所述外护套(2)内侧还设置有总地线 (1)。 2.根据权利要求1所述一种带石墨烯屏蔽的HDMI线，其特征在于：所述外护套(2)内设置有填充线(6)，所述信号线(4)和所述控制线(5)均设置于所述填充线(6)外围。 3.根据权利要求1所述一种带石墨烯屏蔽的HDMI线，其特征在于：所述信号线(4)由导线、绝缘套和地线组成，所述地线和所述导线包裹在所述绝缘套内侧。 4.根据权利要求1所述一种带石墨烯屏蔽的HDMI线，其特征在于：所述石墨烯导电膜(3)厚度为10nm-20nm。 2
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１８)０９Ｇ０９１５６Ｇ０４ 石墨烯疏水性能研究? 洪一跃１,李多生１,叶一寅１,Q i n g h u aQ i n２,邹一伟１,林奎鑫１ (１．南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌３３００６３; ２．R e s e a r c hS c h o o l o fE n g i n e e r i n g,A u s t r a l i a nN a t i o n a lU n i v e r s i t y,A c t o nA C T２６０１,A u s t r a l i a) 摘一要:一通过化学气相沉积(C V D)方法在蓝宝石衬底表面生长石墨烯,探究生长时间对石墨烯疏水性能和微结构的影响.利用接触角测量仪二傅里叶红外光谱仪二拉曼光谱仪二场发射扫描电镜研究石墨烯的疏水性能和微结构.发现生长时间是３０m i n时,石墨烯的接触角最大,为１２９．９６?,表现出疏水性,红外测试表明只有C C,拉曼分析发现在１０~３０m i n的生长时间下,石墨烯都出现了３个特征峰.较大的接触角使石墨烯有望作为疏水材料,甚至可以通过对其疏水改性让它在超疏水领域存在潜在应用. 关键词:一石墨烯;疏水性;接触角;半高宽 中图分类号:一O６４７文献标识码:A D O I:１０．３９６９/j．i s s n．１００１Ｇ９７３１．２０１８．０９．０２９ ０一引一言 １９６６年,M e r m i n和W a g n e r提出的M e r m i nＧW a g n e r理论,指出二维晶体材料不能稳定存在[１],导致二维碳材料的研究一直处于空白阶段.２００４年,英国曼彻斯特大学N o v o s e l o v和G e i m等[２]用机械剥离的方法制备石墨烯,打破了二维晶体材料在常温中无法稳定存在的预言.石墨烯具有优良的导电性二机械性能二电化学性能和催化性能,在电容材料二电极材料二催化剂二生物传感器和润滑添加剂等方面具有很高的应用价值[３Ｇ６].但是到目前为止,人们的研究主要集中在石墨烯的光学二电学性质,对其表面性质研究较少.根据W e n z e l[７]和C a s s i e[８]理论,石墨烯薄膜的表面浸润性质由两个因素决定:薄膜表面粗糙度和表面自由能.L e e n a e r t s等[９]用密度泛函理论计算得出:石墨烯薄膜表面的水分子之间的结合能大于其与石墨烯的吸附能,使得水分子团聚为水滴,石墨烯表现为疏水性. Y o u n g等[１０]制备的外延石墨烯薄膜的接触角为９２?, S h i n等[１１]制备的还原石墨烯薄膜的接触角为１２７?.当材料的接触角＞１５０?时,材料表现为超疏水,此时材料可以通过超疏水表面的构建实现表面自清洁效应.因此,石墨烯的疏水性有望在不久的将来用于疏水甚至超疏水材料的领域[１２Ｇ１３].蓝宝石作为一种窗口材料,在其表面制备出疏水性较高的石墨烯有利于窗口表面的清洁和光的透过,增强了窗口的光学性能.石墨烯在金属衬底[１４Ｇ１５]上的生长相较于绝缘衬底[１６Ｇ１７]上的生长来说更为容易一些,在目前制备石墨烯的众多方法中,化学气相沉积[１８](C V D)法是制备石墨烯的一种重要的生长方法.因此本文采用C V D法在蓝宝石衬底上制备石墨烯,研究生长时间对石墨烯接触角和石墨烯生长质量的影响. １一实一验 １．１一石墨烯的制备 以尺寸为１０mm?１０mm的蓝宝石(０００１)作为生长的衬底材料,然后经丙酮二无水乙醇二去离子水超声清洗２０m i n,待衬底吹干后通过推杆将衬底送入刚玉管中心区域,最后将刚玉反应室抽至真空,检查气密性,开启装置加热程序进行实验,石墨烯C V D生长过程示意图如图１所示.在实验中采用C H４作为碳源气体,H２作为刻蚀气体,A r作为载气,C H４流量为６m L/m i n,H２流量为４０m L/m i n,A r流量为１００m L/m i n,生长温度为１３００?,生长压力约为１０T o r r,生长时间为１０~３０m i n,生长完成后,关闭加热程序,待衬底冷却至室温,关闭气体流量. 图１一C V D生长过程示意图 F i g１C V D g r o w t h p r o c e s s d i a g r a m ６５１９ ０２０１８年第９期(４９)卷 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１５６２０２７,１１７７２１４５);江苏省精密与微细制造技术重点实验室基金资助项目(J K L２０１５００１) 收到初稿日期:２０１８Ｇ０２Ｇ２７收到修改稿日期:２０１８Ｇ０４Ｇ２６通讯作者:李多生,EＧm a i l:d u o s h e n g．l i＠n c h u．e d u．c n 作者简介:洪一跃一(１９９３－),男,安徽安庆人,在读硕士,师承李多生副教授,从事石墨烯材料研究.
石墨烯散热片的应用及介绍 摘要：石墨烯材料因其辐射水平优于绝大数散热材料，配合纳米碳粉有特别好的散热作用，因此广泛用于解决电子器件因功耗增大导致的热问题。本文 重点介绍了石墨烯散热片的基本知识，散热原理，应用案例。 关键词：石墨烯，散热片，导热系数 1.石墨烯散热片 1.1 石墨烯散热片概述 导热石墨片（TCGS-S）也称石墨烯散热片，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，平面内具有150-1500 W/m.K 范围内的超高导热性能，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。其分子结构示意图如下： 石墨散热片（ TCGS-S ： Thermal Flexible Graphite sheet）的化学成分主要是单一的碳(C)元素，是一种自然元素矿物。薄膜高分子化合物可以通过化学方法高温高压下得到（TCGS-S）石墨化薄膜，因为碳元素是非金属元素，但却有金属材料的导电、导热性能，还具有象有机塑料一样的可塑性，并且还有特殊的热性能，化学稳定性，润滑和能涂敷在固体表面的等一些良好的工艺性能，因此，在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。 1.2 石墨烯散热片的组成 界面导热材料是由基体材料和导热填料组成的复合材料。?
A．基体材料? 石墨烯散热片的基体主要有硅油、矿物油、硅橡胶、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯基散热片的关键点是石墨烯与环氧树脂基体的复合。目前，行业内的供应商将环氧树脂和石墨烯材料采取分层剥离和喷涂，导热系数可达到80w/m.k. B．导热填料 石墨烯散热片以石墨烯或石墨烯与碳纳米管，金属等混合作为导热填料。现有技术很难大量制备高质量的单层石墨烯，而少层或多层石墨烯相对容易制备和较便宜，?且其可保持热传导性质，石墨层可自然地连接到散热片上，?避免了?应用中接触热阻的问题，导热效率较常规的纳米散热片提升20%以上。 1.3.石墨烯散热片的散热原理。 典型的热学管理系统是由外部冷却装置，散热器和热力截面组成。而散热片的重要功能是创造出最大的有效表面积，在这个表面上热力被转移并有外界冷却媒介带走。石墨散热片就是通过将热量均匀的分布在二维平面从而有效的将热量转移，保证组件在所承受的温度下工作。 图 1 TCGS-S 石墨散热片热扩散示意图 2.石墨散热片的应用： 石墨散热片通过在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能，能有效的解决电子设备的热设计难题，广泛的应用于PDP、LCDTV 、Notebook PC、UMPC、Flat Panel Display 、MPU 、Projector 、Power Supply、LED 等电子产品。 目前石墨散热片已大量应用于通讯工业、医疗设备、SONY/DELL/Samsung 笔记本、中