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
第一章 前言
1. 石墨烯
1.1 石墨烯的概述
近二十年来，碳纳米材料一直是纳米科技领域中的重要研究课题。1985年发现的富勒
烯(Fullerene)[1](1996年被授予诺贝尔奖）和1991年发现的碳纳米管(Carbon Nanotub)[2]，已
成为零维和一维碳纳米材料的经典代表，均引发了世界范围的研究热潮。然而，碳纳米材
料家族中二维成员是否稳定存在还是一个谜。20世纪30年代，Laudau 和Peirels 等物理学
家认为，任何准二维晶体中的原子由于其本身的热力学不稳定性，将偏离晶格位置，导致
在有限温度下都不可能稳定存在[3-5]。直到2004年，英国曼切斯特大学的Geim 课题组利用
非常简单的胶带剥离石墨的方法首次制备出了稳定的高质量的单层和少数几层石墨烯
（Graphene ，也称单层石墨）[6]，这一发现不仅证实了二维碳纳米材料的存在，还将碳材料
家族进一步充实，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，如图1-1所示。自2004年以来，石墨烯由于其优异的性能而受到了
全世界科学家的广泛关注，迅速成为纳米材料研究的国际前沿和热点[7-10]。
图1-1 石墨的同素异形体
石墨烯（Graphene ）是由碳原子构成的具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以
sp 2杂化方式互相键合形成蜂窝状晶格网络，其基本结构单元是苯六元环，可看作是一层被
剥离的石墨片[11, 12]，如图1-2(a)。石墨烯是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35nm ，
厚度仅为头发的20万分之一。石墨烯内部的碳原子由很高键能的大共轭π键相互连接，其
碳碳键长度约为0.142nm ，如图1-2(b)所示。研究发现，当石墨层的层数少于10层时，就
Graphite Graphene
Fullerene
Diamon Carbon Nanotube
会表现出较普通三维石墨不同的电子结构。我们将10层以下的石墨材料(Graphene和Few-layer graphenes)统称为石墨烯材料(Graphenes)[13]。
（a）（b）
图1-2 石墨烯微观结构示意图
1.2 石墨烯的性能
1.2.1石墨烯的力学性能
石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些直径在10~20μm的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100nm距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9μN。据科学家们测算，这一结果相当于要施加55N的压力才能使1μm长的石墨烯断裂。美国机械工程师Jeffrey教授用一种形象的方法解释了石墨烯的强度：如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。
研究发现石墨烯的断裂强度为130±10GPa，杨氏模量为1.0±0.1TPa，是迄今为止力学强度最高的材料，而且石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，所以在外力作用下石墨烯膜有较大的变形范围。
1.2.2 石墨烯的电学性能
单原子层的石墨烯具有独特的二维电子特性。在石墨烯中，每个碳原子都贡献出一个p轨道的电子形成离域π键，这些电子可以在晶体中自由移动，赋予石墨烯非常好的电子传输性能[14]。实验表明：石墨烯的电子迁移率随温度和载流子浓度的变化很
小，仅受限于石墨烯内部的缺陷和本身晶格震动所造成的散射。在室温和载流子浓度为1012cm?2时，石墨烯的电子迁移率理论上可高达15000cm2·V?1·s?1，这对应于石墨烯的电阻率为10?6?·cm，略低于导电性最好的金属银（1.59×10?6?·cm），成为世界上最好的导体。
1.2.3 石墨烯的光学性能
石墨烯是世界上最薄的材料，其厚度只有0.35nm，这就保证了石墨烯薄膜具有优异的光学性能。单层石墨烯吸收约2.3%的入射白光，即透光率为97.7%，这是由于石墨烯不寻常的低能量电子结构，在狄拉克点，电子和空穴的圆锥形能带会相遇，因而产生这结果。这一结果和理论预期高度吻合。
1.3 石墨烯的制备方法
1.3.1 微机械剥离法
2004年，Geim等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim等首先利用离子束在高定向热解石墨表面刻蚀出一个微槽，并将其用光刻胶粘到玻璃衬底上，然后用透明胶带进行反复撕揭，将多余的HOPG去除，随后将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声。再将单晶硅片放入丙酮溶剂中，将单层石墨烯捞出。由于范德华力或毛细管力，单层石墨烯会吸附在单晶硅片上。Geim等利用这一方法成功制备了准二维石墨单层并观测到其形貌。随后Meyer等将微机械剥离法制得的含有单层石墨烯的Si晶片放置于一个经过刻蚀的金属架上,用酸将Si晶片腐蚀掉,成功制备了由金属支架支撑的悬空的单层石墨烯并用透射电镜观测到其形貌。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。
1.3.2 外延生长法
外延生长法就是在单晶基底上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。C Berger等人采用直径为100mm的SiC衬底片，通过热解吸收Si工艺，从SiC衬底获得外延石墨烯材料。近年来,在实现高质量石墨烯圆片研究方面，尤其是采用较大直径的半绝缘衬底SiC的外延片方面,已获得很大的进展。2010年2月初，美国宾州州立大学电子光学中心(EOC)研究人员采用Si升华工艺，在高真空中加热SiC，当温度达到1250~1450℃时，SiC片发生热分解，Si升华后，在金属衬底上留下一层碳，形成1~2层石墨烯，制备出100mm的石墨烯晶片。迄今, 这种方法制作的石墨烯晶体性能仍比不上石墨剥落的石墨烯晶体。他们采取升华和非升华
相结合的方法，继续提高石墨烯圆片的质量和直径(200mm)。
1.3.3 化学气相沉积法（CVD）
化学气相沉积法是利用气态物质在过渡金属表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。当前，采用化学气相淀积方法，也是一种获得大面积石墨烯薄膜的有效途径，如在镍、钌等金属衬底上制备石墨烯，其机理是已分解的碳原子扩散进入金属衬底，冷却后将碳原子挤出金属，在表面形成石墨烯；另一种方法是在金属铱或铜的表面上，直接生成石墨烯。此外，还有将CVD石墨烯膜转换到相关衬底上的方法，即在多晶镍膜上连续生长多层石墨烯，并以镍膜为牺牲层，腐蚀掉镍膜后将多层石墨烯转换到塑料或Si晶片上，获得的石墨烯的迁移率达4000cm2·V-1·s-1，与采用解理体石墨获得的石墨烯迁移率相差无几。
1.3.4 氧化石墨--化学还原法
氧化石墨--化学还原法是指将天然石墨在强酸性环境下与强氧化剂相互作用，在石墨片层之间引入含氧官能团，使石墨片层间距扩大成为氧化石墨，然后将氧化石墨配成溶液进行超声剥离形成氧化石墨烯，用硼氢化钠或水合肼等化学还原剂进行还原得到石墨烯。这种方法制备石墨烯操作简单、产量大，但是制备的石墨烯容易团聚而失去优异的性能。氧化石墨的合成方法主要有Hummers法和Staudenmaier法。
1.3.5 氧化石墨--高温还原法
氧化石墨--高温还原法是将氧化石墨密闭在石英管中，用氩气保护，迅速加热剥离，使氧化石墨上的环氧键、羟基和羧基等含氧官能团分解产生的CO2进入片层间隙中使片层剥离，制得石墨烯。高温还原法操作简单、成本较低、石墨烯还原周期短，可以在现有实验条件下快速合成大量粉体石墨烯。
参考文献
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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
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。
石墨烯的制备方法与应用 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热潮。关键字: 石墨烯, 制备, 应用,氧化石墨烯，传感器 石墨烯的定义 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，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。 石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)。 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯; 可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。
单原子层石墨晶体薄膜。 每个原胞中两个碳原子，每个原子与最相邻三个碳原子形成三个σ键。 每个碳原子贡献一个多余p电子，垂直于graphene平面，形成未成键的π电子——良好的导电性。 石墨烯的性能 最薄——只有一个原子厚 强度最高——美国哥伦比亚大学的专家为了测试石墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本，然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这个结果测算，要使1 米长的石墨烯断裂，需要施加相当于55 牛顿的压力，也就是说，用石墨烯制成的包装袋应该可以承受大约两吨的重量。 没有能隙——良好的半导体 良好的导热性 热稳定性——优于石墨 较大的比表面积 优秀导电性——电子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--电子的“光速”移动碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予
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 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
大面积无支撑石墨烯复合纸的印刷制备及其储能性能研究 张哲野，肖菲，奚江波，王帅* 华中科技大学化学与化工学院，湖北武汉，430074 *Email: chmsamuel@https://www.doczj.com/doc/16315550.html, 近年来，将石墨烯纳米片层组装成宏观结构（如石墨烯纸等）已经取得了显著的突破[1]。我们开发了一种新型的柔性石墨烯/聚苯胺复合纸的制备工艺，首先采用滚筒印刷法在普通商业A4纸上打印一层氧化石墨烯纸，然后以石墨烯水凝胶为基底，通过吸附和原位聚合的方法制备石墨烯/聚苯胺水凝胶，再通过球磨处理制得稳定分散的石墨烯/聚苯胺浆料，最后采取喷墨打印的方法将石墨烯/聚苯胺浆料打印在柔性的氧化石墨烯纸上，并通过氢碘酸一步还原和剥离处理即得柔性石墨烯/聚苯胺复合纸，这种新型石墨烯复合纸的比电容高达864 F/g。以该复合纸为电极材料，选择固态电解质，研制开发柔性全固态超级电容器，该器件具有较高的能量密度、良好的循环稳定性和机械性能，使其在柔性能源器件和可穿戴电子产品行业具有广泛的应用前景。 Fig.1 The photograph of graphene nanocomposite paper and the electrochemcial performance of all-solid-state device 关键词：印刷法；聚苯胺；无支撑石墨烯复合纸；柔性全固态超级电容器 参考文献 [1] El-Kady, M. F.; Strong, V.; Dubin, S.; Kaner, R. B. Science2012, 335: 1326. Scalable synthesis of freestanding graphene nanocomposite paper by printing method and its energy storage characteristics Zheye Zhang, Fei Xiao, Jiangbo Xi, Shuai Wang* School of Chemistry & Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, 430074 Nowadays, remarkable progress has been made in self-assembly of graphene nanosheets into macroscopic structure such as graphene paper. Here we demonstrate the fabrication of a new type of flexible graphene/polyaniline nanocomposite paper, which was fabricated by spreading graphene oxide (GO) solution on a piece of standard commercial A4 paper, followed by modified the GO paper with the home-made graphene/polyaniline ink by inkject printing method. Then, the resultant GO-based nanohybrid paper was chemically reduced using hydroiodic acid solution and simultaneously peeled off from A4 paper via a bubbling delamination method to form a freestanding graphene/polyaniline paper, which has a high specific capacitance of 864 F/g. The flexible and lightweight all-solid-state symmetric supercapacitor fabricated by graphene nanohybrid paper electrodes and polymer gel electrolyte exhibited high energy density, remarkable mechanical flexibility and reasonable cycling performance. These observations substantially demonstrate its extensive potential applications for flexible energy-related device and wearable electronics.
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。
第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。
正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电
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
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
石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上， 再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。
1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质，利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中，然后冷却至850°C，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”，“孤岛”逐渐长大，最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后，第二层开始生长，底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用，第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离，只剩下弱电耦合，这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中，超声1h后单层石墨烯的产率为1%，而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明，当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时，溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量，能够较好地剥离石墨烯
北京化工大学本科生毕业论文
题目石墨烯薄膜制备方法研究 诚信申明 本人声明： 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究生成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其他教育机构的学位或证书而是用过的材料，其他同志对研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。本科生签名：日期：年月日
本科生毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：石墨烯薄膜制备方法研究 学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工0805 学生：艾东东指导教师（含职称）：元炯亮副教授专业负责人：刘晓林 1．设计（论文）的主要任务及目标 主要任务：（1）利用Hummers法制备氧化石墨； （2）利用电化学还原法制备石墨烯。 主要目标：配置一定浓度的氧化石墨溶液，导电玻璃作为基底，将氧化石墨溶液涂于导电玻璃表面，在恒电压下还原氧化石墨，制得薄层石墨烯。 2．设计（论文）的基本要求和内容 了解石墨烯国内外的研究现状和发展趋势，以及有关石墨烯的一些制备方法和表征手段，掌握基本的实验操作技能，学会分析实验结果。毕业论文完成后应具备独立进行研究的能力。 3．主要参考文献 [1] 朱宏伟，徐志平，谢丹等.石墨烯-结构、制备方法与性能表征[M].北京：清华大学出版社，2011:36～45 [2]郭鹏.石墨烯的制备、组装及应用研究[D],北京：北京化工大学，2010 [3] Hummers W S, Offeman R E, Preparation of graphite oxide[J].J Am Chem Soc, 1958,80(6):1339 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 前期文献查阅并准备开题2012.2.15～2012.2.29 2 进行相关实验，处理实验数据，分析结果2012.3.1～2012.5.1 3 总结实验结果，编写实验论文2012.5.1～2012.5.20 4 完善毕业论文，进行相关的修改2012.5.20～2012.5.30 5 准备毕业答辩及毕业相关的工作2012.5.30～2012.6.5
定义：石墨烯（Graphene）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，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。 发现者：安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov) 化学之最：最薄、最坚硬的纳米材料，电阻率最小的材料 石墨烯用途：1、制造下一代超级计算机。石墨烯是目前已知导电性能最好的材料，这种特性尤其适合于高频电路，石墨烯将是硅的替代品，可用来生产未来的超级计算机，使电脑运行速度更快、能耗降低。 2、制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来，那时卫星就成了有线的风筝，科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料，这就是石墨烯。 3、可作为液晶显示材料。石墨烯是一种“透明”的导体，可以用来替代现在的液晶显示材料，用于生产下一代电脑、电视、手机的显示屏。 4、制造新一代太阳能电池。石墨烯透明导电膜对于包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性，是转换效率非常高的新一代太阳能电池最理想材料。 5、制造光子传感器。去年10月，IBM的一个研究小组首次展示了他们研制的石墨烯光电探测器。 6、制造医用消毒品和食品包装。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用石墨烯的这一特性可以制作绷带，食品包装，也可生产抗菌服装、床上用品等。 7、创制“新型超强材料”。石墨烯与塑料复合，可以凭借韧性，兼具超薄、超柔和超轻特性，是下一代新型塑料。 8、石墨烯适合制作透明触摸屏、透光板。 9、制造晶体管集成电路。石墨烯可取代硅成为下一代超高频率晶体管的基础材料，而广泛应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。 10、制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，具有军事用途 物理性质:电子迁移率15000cm2/(v s) 杨氏模量1100GPa 断裂强度130GPa 导热系数5000W/(m K) 理论比表面积2630m2/g 可见光透过率≥97% 知识补充： 电子迁移率（electron mobility）是指在外电场作用下液态介质内的电子受到加速而迁移，称电子迁移。迁移率(单位场强下的电子迁移速率)是沿着外电场施加于电子上的作用力方向，通常小于无规热运动速率，其大小由介质阻碍与外场加速间达到的平衡来确定，是一个平均速率。单位：cm2/vs，反应电子在单位电压下运动快慢 杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL。F/S叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力；ΔL/L叫应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。应力与应变的比叫弹性模量。