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石墨烯的制备及其在铅酸电池中的应用石沫;杨新新;周明明;吴亮;柯娃;李厚训;戴贵平【摘要】添加炭材料能够明显地提高铅酸电池的性能。
石墨烯是具有独特平面二维结构的炭材料，具有很多优异的性能，如良好的导电性和很高的比表面积。
本文综述了石墨烯的制备方法，并对目前石墨烯在铅酸电池中的应用情况进行了研究和总结。
%Carbon materials can significantly improve the performance of lead-acid batteries. Graphene is a kind of carbon materials with unique two-dimensional structure, which has a lot of excellent performance, such as good electrical conductivity and high speciifc surface area. This paper reviews the preparation methods of graphene, and its application in lead-acid batteries.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P142-145)【关键词】炭材料;石墨烯;导电性;铅酸电池【作者】石沫;杨新新;周明明;吴亮;柯娃;李厚训;戴贵平【作者单位】超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100【正文语种】中文【中图分类】TM912.1石墨烯是碳原子紧密堆积的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，碳原子排列呈平面六边形结构，在二维平面上每个碳原子以 sp2杂化轨道相连接[1]。
Comsol软件在二维材料教学中的应用摘要：石墨烯是一种典型的二维材料，具有优良的光学和电学性能，光-物质响应能力强并且易于进行光电调控，在小型化、多功能化的光电子学器件研究中具有广阔应用前景。
为了进行石墨烯的理论与实验教学，首先需进行准确的光电特性建模。
目前，始终缺乏针对石墨烯精准、直观的光电仿真方法，导致教学内容晦涩难懂。
有限元分析软件Comsol Multiphysics具有多物理场综合仿真能力，可自主编译并且剖分精确，可为石墨烯的理论教学提供直观、易于理解的仿真手段。
本文通过研究石墨烯的光电特性，确定了准确的建模参数，之后利用Comsol进行了建模仿真，通过与公开实验数据对比验证了模型的正确性。
该建模方法可用于进行多种二维材料的教学演示。
关键词：Comsol软件，石墨烯，二维材料，仿真建模一、石墨烯特性石墨烯（graphene）是由单层碳原子以六角形式排列的蜂巢状晶格平面结构，2004年，英国科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov利用机械剥离法成功制备出单层石墨烯，掀起了对二维材料的研究热潮[1]。
石墨烯每个碳原子都有六个电子，其中2个为内壳层电子，4个为外壳层价电子。
形成石墨烯晶格时，碳原子外壳层4个价电子中的3个电子按sp2杂化轨道分别与邻边三个碳原子构成平面共价键，用“σ”键表示，相比于钻石的sp3杂化轨道共价键，石墨烯具有更为坚固的轨道键，这决定了其卓越的机械性能。
共价键外的一个电子被称为‘π’电子，由于石墨烯的平面结构，其可以自由移动且具有超高迁移率，这一特性使石墨烯展示出了诸多奇异光电子学性质。
不同于其他半导体材料，石墨烯具有零带隙特性，如图1。
其特殊的能量-色散关系决定了石墨烯的超高电导率。
科学家们在理论上证明了石墨烯载流子迁移率可达到100000，实验中诸多研究者获得了超过15000的载流子迁移率。
这一数值超过硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质，因此石墨烯也被称为“半金属”。
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。
For personal use only in study and research; not for commercial use1.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。
石墨平台微结构的纳米级红外光谱表征史云胜;刘秉琦;杨兴【摘要】具有原子级光滑平面的石墨平台微结构是实现特殊功能微机电器件、微系统的重要基础.石墨微结构的化学信息表征对微机电器件、微系统的制备及性能有着重要的意义.先使用原子力显微镜获得形貌信息,再使用纳米级红外光谱对微结构的不同区域进行表征,获得了多个特征位置的红外光谱.通过对红外光谱的分析发现相对于其他位置,石墨平台表面具有非常有序的碳六元环结构,并且吸附的水分子最少.而石墨平台微结构的边缘由于悬键及微加工等原因是吸附水分子最多的位置,石墨基底由于微加工的破坏已经不具有碳六元环结构.这些信息为了解微结构的化学状态提供了帮助,明确所处环境对石墨平台微结构不同位置的影响,能够指导微机电器件的制备与应用.%The graphite mesa microstructure with the atomically flat surface is an important basis for the realization of the special function of MEMS devices and micro systems. Chemical information characterization of graphite microstructure has important significance on the manufacture and properties of MEMS devices and micro systems. Atomic force microscopy was used to obtain the morphology information, and then the different regions of the microstructure were characterized by the nanoscale infrared spectroscopy. Through the analysis of the infrared spectra, it is found that the surface of the graphite mesa has a very ordered carbon hexatomic ring structure with respect to the other places, and adsorbs least water molecules. The edge of the graphite mesa microstructure adsorbed most water molecules because of the dangling bond and microfabrication. The graphite substrate has no carbonhexatomic structure due to the destruction of the microfabrication. This information helps to understand the chemical state of the microstructure. Above information can make it clear that the influence of the environment on the different regions of graphite mesa microstructure and can also guide the manufacture and application of MEMS devices.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2016(038)011【总页数】6页(P914-919)【关键词】微机电器件;红外光谱;纳米级;石墨微结构【作者】史云胜;刘秉琦;杨兴【作者单位】军械工程学院电子与光学工程系,石家庄 050003;清华大学精密仪器系,北京 100084;军械工程学院电子与光学工程系,石家庄 050003;清华大学精密仪器系,北京 100084;清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】O657.3石墨具有很多极端的物理性质，如超高面内刚度、良好导电率和极高热导率[1-3]。
石墨烯材料简介在构成纳米材料的众多元素中，碳元素值得我们格外重视。
作为自然界中性质最为奇特的元素，碳（C）在原子周期表中的序号为六，属于第Ⅳ族。
碳原子一般是四价的，最外层有4个电子，可与四个原子成键。
但是其基态只有两个单电子，所以成键时总是要进行杂化。
由于较低的原子序数，碳原子对外层电子的结合力强，表现出较高的键能，容易形成共价键，故自然界中碳元素形成的化合物形式丰富多彩。
关于碳与碳原子之间或碳与其它原子间以共价键相结合，有杂化轨道和分子轨道的理论。
在形成共价键过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道，称为杂化轨道。
在有机化合物中，碳原子的杂化形式有三种：sp3、sp2和sp杂化轨道。
以甲烷分子（CH4）为例，碳原子在基态时的电子构型为1S22S22Px12Py12Pz0按理只有2px和2py可以形成共价键，键角为90°。
但实际在甲烷分子中，是四个完全等同的键，键角均为109°28′。
这是因为在成键过程中，碳的2s轨道有一个电子激发到2Pz轨道，3个p轨道与一个s轨道重新组合杂化，形成4个完全相同的sp3杂化轨道。
每个轨道是由s/4与3P/4轨道杂化组成。
这四个sp3轨道的方向都指向正四面体的四个顶点，轨道间的夹角是109°28´。
得益于碳原子丰富多样的键合方式和强大的键合能力，氧、氢、氮等各种元素被有机的组合在一起，形成碳的化合物，最终构成了令人惊叹的生命体。
碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。
由于碳原子之间不同的杂化方式，能形成结构和性质迥异的多种同素异型体，其中最为人知的存在形式是金刚石和石墨。
当每个碳原子与四个近邻碳原子以共价键结合（sp3杂化）时，形成各向同性的金刚石。
此时，四个价电子平均分布在四个轨道中，形成稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。
石墨烯的研究进展刘乐浩，李铁虎，赵廷凯，王大为(西北工业大学材料科学与工程学院，西安710072)摘要石墨烯是碳的又一同素异形体，具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能，成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。
全面综述了近几年来石墨烯的制备方法，洋细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电弧法、化学气相沉积法的优缺点，并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题，提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。
还结合石墨烯的结构和特性，概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展，并展望了其主要研究方向和发展趋势。
关键词石墨烯制备方法应用中图分类号：〇613. 71 文献标识码：Research Progress on GrapheneLIU Lehao，LI Tiehu，ZHAO Tingkai，WANG Dawei (School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi，an 710072)Abstract As an allotrope of carbon，graphene has become a research hotspot due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical，electrical，optical and thermal properties. Synthesis of graphene via different approaches ，such as micro mechanical stripping， chemical stripping， chemical synthesis， epitaxial growth， arc dis- charge，and chemical vapor deposition， are discussed in detail， and strategies for producing homogeneous graphene with improved yield and structural stability while limiting its pollution are proposed. Also application progress of gre- phene in polymer composites，micro electronics， optics， energy and biomedicine are summarized， and the main research direction and development trend are imagined.Key words graphene，preparation methods，applicationo引言富勒烯[1]和碳纳米管[2]已经成为碳材料研究的热点，而在2004年，Geim等[3]又发现了碳的又一同素异形体——石墨烯（Graphene)。
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
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石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
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，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
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年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑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。
毕业论文题目：_________ 石墨烯复合材料的制备______及其性能研究讲展学院：化学化工学院____________________专业：___________ 化学工程与工艺__________________毕业年限：________ 2015年 ______________________学生姓名：_________________________学号：____________________________指导教师：__________________________石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展摘要：石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。
本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点，简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。
基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用，以及石墨烯复合材料的展望。
关键词：石墨烯；制备；性能；复合材料Research Progress on Preparation and properties ofgraphene composite materialsAbstract: Graphene has become a hot researchfield of material for its excellent performanee and unique two-dimensional structure. This paper summarizes the method for preparing graphene and compared the advantagesand disadvantagesof various methods, in troduces the mecha ni cs, graphe ne optical, electrical and thermal properties. Composite materials based on graphe ne is an importa nt research direct ion in the field of application of graphene, this paper introduces the preparation and application of graphene polymer composites and graphene based inorganic nano composite material, and the prospect of graphe ne composite materials.Key words: graphe ne; preparati on; properties; composite materials1•刖言石墨烯自2004年被发现以来，就引起了材料科学家的广泛关注，在世界范围内掀起了石墨烯材料的制备和应用研究的热潮。
