石墨烯材料的制备及其对环境的治理研究

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展／谢普等　・　１６３　・　

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展　

（１贵州大学材料与冶金学院，贵阳５５０００３；２国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵阳５５００１４；　

３贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵阳５５０００３；４贵州大学林学院，贵阳５５００００）　

摘要　石墨烯是２００４年问世的一种具有单层二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，也是性能优异的新型纳米　

复合材料填料。介绍了石墨烯的结构、制备方法；重点论述了石墨烯表面接枝以及聚合物基／石墨烯复合材料制备的　

研究进展，认为利用石墨烯的高强度、高导电率等优异性能可以赋予聚合物更加优异的特性。　

关键词　石墨烯接枝聚合物纳米复合材料　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｏｄｉｆｙ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｅｎｅ　ａｎｄ　

Ｐｏｌｙｍｅｒｓ／Ｇｒａｐｈｅｎｅ　Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

ＸＩＥ　Ｐｕ　，。，ｕ，ＬＵ　Ｑｉｎｇ。，ＷＡＮＧ　Ｌｉ’ｅ　一，ＹＵ　Ｊｉｅ　，ＬＵＯ　Ｚｈｕ　，ＨＵＡＮＧ　Ｈａｏ　，　

ＸＵ　Ｇｕｏｙａｎｇ　，ＤＥＮＧ　Ｑｉｎｇ４，ＱＩＮ　Ｊｕｎ　’。　

（１　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３；２　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　

Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００１４；３　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｋａｒｓｔ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｏｅｏｈａｚａｒｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　

Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３；４　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００００）　

石墨烯

——结构及其制备方法

学院： 机械学工程与自动化学院

班级： 装备1302

姓名： 尹朋飞

学号：

目录

石墨烯 .............................................................................................................................................. 1

——结构及其制备方法 ........................................................................................................... 1

1石墨烯的发现与结构 .................................................................................................................... 3

1.1石墨烯的发现 ..................................................................................................................... 3

1.2石墨烯的结构 ..................................................................................................................... 3

石墨烯、三维石墨烯的制备方法及其应用研究

摘要：石墨烯是由碳原子组成的仅有的一个碳原子厚度的二维材料，其厚度为0.335 nm。石墨烯具有独特的机械性能、电学性能及导热性能。利用其优异的性能并和其它材料进行复合以获得更优渥的新型复合材料，使其在新材料、新能源、环保废水处理等多个领域发挥重要的应用价值。

关键词：石墨烯；三维多孔结构；氧化还原

石墨烯是碳族材料的基本单元，表现出许多优异的物理化学性质，如超大的比表面积、高的电子迁移速率、良好的化学性能、良好的热导性等，因而应用非常广泛，主要集中在纳米电子器件、碳晶体管、光电感应设备、储氢材料等领域。

一、石墨烯的常用制备方法

石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和氧化还原法等。关于石墨烯的研究主要集中在制备技术和功能应用研究上，石墨烯的制备方法主要有机械球磨剥离法、碳化硅外延生长法、化学气相沉积法、固态碳源催化法、氧化石墨还原法、石墨插层法等，最新的还有碳纳米管轴向切割法、电弧法、微波法及有机合成法等[1-3]。

1.1机械剥离法

最初的机械剥离法是指以热解石墨为原料，利用机械力从其表面层剥离出石墨烯的方法[4]。

王黎东等对原始机械剥离法进行工艺改进，得到了一种新的方法——机械球磨剥离法。具体步骤：首先把碳素材料及固体颗粒和液体介质（或气体介质）混合，送入特制球磨机中剥离一定时间，然后转移至分离器中分离，最后去除固体颗粒和液体介质就得到石墨烯。通过此法得到的石墨烯，晶格质量好，然而此法的产量和效率特别低，不能大规模生产，因此不能用于工业量产。

1.2外延生长法

外延生长法是一种高质量制备石墨烯的方法。基本原理是在单晶碳化硅衬底上外延生长，获得晶格较完整的石墨烯。2004年，Berger课题组[5]采用高温法加热6H-SiC 衬底，从衬底中剥离Si出来而得到石墨烯。基本步骤是：将衬底加热到高温条件让硅原子从碳化硅表层蒸发出来，而其表面剩下的碳原子会按一定的形式排列形成单层石墨烯。但此法制备的石墨烯很难完整地转移因而限制了石墨烯的应用。

- 1 - 石墨烯的制备方法及应用

无机光电0901 3090707020 黄飞飞

摘要：石墨烯具有非凡的物理性质，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，本文通过对石墨烯特性、制备方法、在光电器件方面的应用几方面进行了综述，希望对石墨烯的综合应用进展有所了解。

关键词：石墨烯 制备方法 应用

1 引言

人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。石墨烯（Graphene）的理论研究已有 60 多年的历史。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而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，从2006年开始，研究论文急剧增加，作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加，美国、韩国，中国等国家的研究尤其活跃。石墨烯或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。

2 石墨烯的基本特性

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；