各国石墨烯产业化研究热点分析_新型

石墨烯的研究和发展趋势石墨烯被誉为“二十一世纪最重要的材料之一”，其具有高强度、高导电性、高热导性、良好的透明性、柔韧性及耐腐蚀性等多种优良性能，吸引着科学家和工程师的极大关注。

本文将从石墨烯的基本结构和性质、石墨烯的研究历程、产业化进展以及未来的发展趋势等方面阐述石墨烯的研究和发展趋势。

一、石墨烯的基本结构和性质石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，具有独特的二维结构。

以图1为例，石墨烯由一个或多个六元环组成，碳原子通过共价键相连，形成六角形的晶格结构。

其中，每个碳原子有三个共价键和一个未饱和的π键，形成一个sp2杂化轨道。

从宏观上看，石墨烯的厚度仅为0.33纳米，但其面积却可以达到平方米级别。

石墨烯因其独特的结构，具有多种优异的物理、化学和电学性质，是一种具有极高应用价值的新型材料。

石墨烯的性质之一是高导电性。

由于其电荷载流子是电子，且具有极高的电子迁移速率，所以石墨烯的电导率要高于铜。

石墨烯的热传导率也非常高，比铜高达10倍以上。

此外，石墨烯具有良好的透明度和柔韧性，对紫外线和红外线也有很好的吸收和反射能力，因此被广泛应用于透明电子器件和导电柔性器件。

二、石墨烯的研究历程石墨烯的发现可以追溯到1947年，当时瑞士化学家Hanns-Peter Boehm发现石墨烯在电子显微镜下具有“聚集”现象。

但直到2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆（Andre Geim）和孔德·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）两位研究员通过一种新颖的机械剥离法成功分离出石墨烯，同时发现了石墨烯的导电性和稳定性。

他们的发现为石墨烯的研究开启了新的篇章。

自此以后，石墨烯的研究发展取得了突飞猛进的进展。

石墨烯团队开创了预测、制备和研究石墨烯的学科领域，石墨烯的研究成果也获得了多种国际奖项的荣誉。

石墨烯成为自第二次世界大战以来引起全球科学家共同关注的新型材料。

三、石墨烯的产业化进展我们刚刚谈到石墨烯在研究上的重要性，而在工业化方面，石墨烯也有广泛的应用前景。

石墨烯的研究与应用石墨烯是由单层碳原子组成的一种新型二维材料。

它的独特结构和优异性能使其成为近年来研究的热点之一。

本文将介绍石墨烯的研究进展和应用前景。

石墨烯最早被提出是在2004年，由于其独特的结构和性质，很快引起了科学界的广泛关注。

石墨烯是由连续排列的碳原子单层组成的，形成一个六角蜂窝状的结构。

它具有很高的比表面积、优秀的导电性和导热性，以及极高的机械强度。

石墨烯的研究得到了许多突破性的成果。

首先，石墨烯是迄今为止已知的最薄的材料，单层石墨烯的厚度仅为0.34纳米。

其次，石墨烯的导电性极佳，甚至超过了金属铜。

这使得石墨烯在电子器件领域有着广泛应用的前景。

此外，石墨烯具有优异的热导性能，使其在热电材料制备方面具有重要价值。

最后，由于其高机械强度，石墨烯在纳米机械领域也有着广泛的应用前景。

石墨烯在电子器件方面的应用前景被广泛关注。

由于石墨烯的导电性能优异，可以在微电子领域中用作电极材料。

同时，石墨烯的高机械强度可以避免电子器件的机械破坏，提高器件的稳定性和寿命。

此外，石墨烯的独特结构还使其具有较高的载流子迁移率，有望在高频电子器件中取代传统半导体材料。

另外，石墨烯在热电材料领域也有重要的应用潜力。

石墨烯具有优异的热导性能，可以作为制备高效热电材料的载体。

通过控制石墨烯的掺杂方式和结构，可以调控其热导率和电导率，进而提高材料的热电转换效率。

此外，石墨烯在纳米机械领域也具有广泛的应用前景。

石墨烯的高机械强度使其可以用于制备纳米机械传感器和纳米机械装置。

通过对石墨烯表面的修饰，可以实现对纳米粒子的操控和调控，为纳米机械领域的研究提供了新的思路和方法。

总之，石墨烯作为一种具有独特结构和优异性能的新型二维材料，具有广泛的研究价值和应用前景。

随着石墨烯研究的深入，相信它在电子器件、热电材料和纳米机械领域等方面的应用将会不断扩大，并对相关领域的发展产生重要影响。

另外，石墨烯还具有一些不同于传统材料的特殊性质，如其为零带隙半导体。

石墨烯材料的研究及其应用前景石墨烯材料是近年来备受关注的新材料之一，其优异的物理和化学性质让人们对其应用前景充满期待。

本文将从石墨烯的历史发展、材料性质、研究现状和应用前景四个方面展开论述。

历史发展石墨烯是由英国曼彻斯特大学的两位科学家Kostya Novoselov和Andre Geim于2004年首次成功制备出来的。

而这也使得他们两位获得了2010年度的诺贝尔物理学奖。

虽然石墨烯是近年来才被发现和制备出来的，但是其结构却早在20世纪60年代就已经被理论学家和科学家预测出来。

材料性质石墨烯是一种单层的二维碳材料，由于其极薄、极硬、高强、高导、高透和高稳定性的结构特性，在应用方面具有广泛的潜力。

例如，在电子学、能源、催化剂、生物医学等领域，石墨烯材料都有着极为广泛的应用前景。

对于材料本身的物理性质，石墨烯具有高电导率、高极限电流密度、良好的热导率、非常高的比表面积、高度的机械强度、优异的光学特性和化学稳定性。

此外，石墨烯材料还具有统一理论和严密数学描述，这也为其进行理论设计和实验研究提供了极大的便利。

研究现状石墨烯材料的研究具有极为广泛的领域和应用，因此也成为了当前研究热点之一。

石墨烯可以通过化学气相沉积、机械剥离、化学还原、溶液还原等多种方法进行制备。

在石墨烯的制备过程中，如何保证其质量和单层性是研究的重点之一。

目前，石墨烯的特性和应用方向的研究涉及到物理学、材料科学、化学、生物学、医学等多个领域。

在国外，很多大型公司和机构都投入了大量的精力和研究经费进行石墨烯的制备和应用研究，取得了许多令人瞩目的成果。

例如，三星电子已经研制出了一种采用石墨烯材料制造的显示屏原型，该屏幕能够消耗更少的电能，且具有超高精度的图像显示效果。

应用前景如上所述，石墨烯由于其出色的物理和化学性质，具有极广泛的应用前景。

在电子学领域，石墨烯可用于制备超薄、高速芯片及其它电子器件，例如高性能CMOS器件、高性能FET、透明电极和发光二极管等。

石墨烯的应用现状及发展石墨烯是一种全新的材料，由单层碳原子以二维晶格排列而成。

其结构独特，具有许多优异的物理性质，包括高导电性、高热导性、高强度、柔韧性和透明性等。

自2004年石墨烯被首次发现以来，其在各领域的应用潜力被广泛关注和研究。

本文将从石墨烯的应用现状和未来发展方向两个方面，探讨石墨烯材料的前景与挑战。

石墨烯的应用现状1. 电子学领域由于石墨烯具有出色的导电性能，因此在电子学领域有着广泛的应用前景。

石墨烯可以作为高性能晶体管的材料，用于制造更小、更快的电子设备。

石墨烯还可以用于制造柔性电子产品，如可弯曲显示屏、智能穿戴设备等。

在电池领域，石墨烯的高导电性和高比表面积可以显著提高电池的充放电效率和储能密度。

2. 光电子学领域石墨烯具有极高的光透过率和光吸收率，因此可以用于制造高性能的光电器件。

石墨烯透明导电膜可以应用于太阳能电池、光电探测器、光电显示器等器件中。

石墨烯的独特光学性质还使其成为制备超薄光学元件的理想材料，如超薄透镜、纳米光栅等。

3. 材料领域石墨烯具有极高的强度和韧性，可以制备出各种高性能的复合材料。

这些复合材料具有优异的力学性能和导电性能，在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用前景。

石墨烯还可以用于制备高性能的防腐涂料、抗静电材料等。

4. 生物医学领域石墨烯具有良好的生物相容性和生物活性，可以用于制备生物传感器、药物载体、组织工程支架等生物医学器件。

研究表明，石墨烯及其衍生物在癌症治疗、基因传递、细胞成像等方面具有巨大的潜力。

石墨烯的发展趋势1. 大规模制备技术目前，石墨烯的大规模制备技术仍是一个世界性难题。

传统的机械剥离法和化学气相沉积法虽然可以制备出高质量的石墨烯样品，但是成本高、产量低，无法满足广泛应用的需求。

发展低成本、高效率的石墨烯大规模制备技术是当前的重点研究方向。

2. 功能化修饰技术石墨烯的很多优异性能是由其特殊的二维结构所决定的，但是这也使得石墨烯在某些方面表现出一定的局限性，比如化学稳定性差、易团聚等。

石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。

本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。

关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。

石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。

氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。

本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。

二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。

GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。

干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。

樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。

通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。

马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。

加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。

石墨烯的功能化研究进展石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的教授安德烈•海姆等报道后，以其独特的性能引起了科学家的广泛关注，被预测在许多领域引起革命性变化。

但石墨烯在应用方面，还面临着一个重要的挑战，就是如何实现其可控功能化。

为了充分发挥其优良性质，必须对石墨烯进行有效的功能化。

功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。

因此本文将重点介绍石墨烯非共价键、共价键、及掺杂功能化领域的最新进展，并对今后石墨烯功能化的研究方向进行了展望。

一、石墨烯非共价键功能化1．一相互作用石墨烯中的碳原子通过sp杂化形成高度离域的n电子，这些n 电子与其它具有大n共轭结构物质可通过一相互作用相结合，使石墨烯实现良好的分散，此方法在石墨烯的非共价键功能化中应用最为普遍。

She 等研究了石墨烯与聚苯乙烯基体在熔融状态下的相互作用，研究发现这两种物质的相互作用明显增强，其归因于在熔融状态下石墨烯与聚苯乙烯强的相互作用，从而为大量制备这种复合物提供了条件。

进一步研究发现，这种复合物在一些溶剂中表现出良好的溶解性，并且复合物中的苯乙烯链可以有效防止石墨烯薄片聚集，表现出均匀的分散性和优异的电性能。

Zhang 等通过—作用制备了多壁碳纳米管与氧化石墨烯的复合物。

他们将碳纳米管与氧化石墨烯超声混合后，离心去除少量不溶物就得到稳定存在的复合物溶液。

2．亲分子与石墨烯之间的相互作用双亲分子在溶液表面能定向排列，它的分子结构中一端为亲水基团，一端为憎水基团。

表面活性剂与石墨烯结合时，它的憎水基团与石墨烯会通过疏水作用相结合，另一端暴露在外面与水亲和，因此石墨烯就会通过与表面活性剂的结合而溶于水中。

魏伟等, 通过测试石墨烯分散液的吸光度，比较了几种表面活性剂分散石墨烯的能力。

经研究发现聚乙烯吡咯烷酮这种“色” 、低成本的表面活性剂，具有很好的分散能力。

通过提高聚乙烯毗咯烷溶液浓度，可以得到浓度高达1．3mg ／mL 的石墨烯分散液，这种高浓度石墨烯分散液可以在气液界面自组装得到石墨烯膜，这种无支撑石墨烯膜具有平整的表面和规则的结构，在很多领域都有良好的潜在应用价值。

石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。

自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。

然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。

因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。

功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。

改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。

通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。

氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。

还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。

官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。

这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。

共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。

经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。

在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。

在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。

在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。

功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。

尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。

功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。

石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。

石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。

本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。

通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。

石墨烯研究总结报告（一）引言概述:石墨烯作为一种新型二维材料，具有出色的电子、光学和力学性能，引起了广泛的研究兴趣。

本文通过梳理相关文献，对石墨烯的研究进展进行总结，以期为石墨烯的应用开发和进一步研究提供参考。

正文：一、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法2. 化学气相沉积法3. 液相剥离法4. 氧化石墨烯还原法5. 其他新型制备方法的研究进展二、石墨烯的物理性质研究1. 石墨烯的带电输运性质2. 石墨烯的光学特性3. 石墨烯的力学性能4. 石墨烯的热导率研究5. 石墨烯的磁性研究三、石墨烯的化学功能化1. 石墨烯的表面修饰\ta. 按照种类分类\tb. 按照表面修饰方法分类2. 石墨烯复合材料的研究进展\ta. 石墨烯在聚合物复合材料中的应用 \tb. 石墨烯在金属基复合材料中的应用 \tc. 石墨烯在陶瓷基复合材料中的应用四、石墨烯的生物应用研究1. 石墨烯在生物传感器中的应用\ta. 生物传感器制备方法研究\tb. 石墨烯在DNA传感器中的应用\tc. 石墨烯在蛋白质传感器中的应用2. 石墨烯在药物传输和治疗中的应用\ta. 载药石墨烯的制备方法\tb. 石墨烯在癌症治疗中的应用\tc. 石墨烯在抗菌治疗中的应用五、石墨烯的应用前景展望1. 石墨烯在电子器件中的应用前景2. 石墨烯在能源领域中的应用前景3. 石墨烯在环境保护中的应用前景4. 石墨烯在医疗领域中的应用前景5. 石墨烯在材料领域中的应用前景总结：通过对石墨烯的制备方法、物理性质研究、化学功能化以及生物应用研究的详细梳理，我们可以看出石墨烯具有广泛的应用潜力。

虽然石墨烯的应用仍面临一些挑战，但可以预见，随着研究的深入和技术的进步，石墨烯将在各个领域发挥重要作用，并成为未来材料研究的热点之一。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·140·2019年第20期文章编号：2095－6835（2019）20－0140－02石墨烯的研究进展及应用前景概述王明浩（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070）摘要：石墨烯是一种完美排列的二维网状结构，自发现以来便震惊了科学界，人们对这种在二维空间中的完美排列充满兴趣。

石墨烯是目前材料学科方面的研究热点。

主要介绍了石墨烯的研究进展和目前在生活中的实际应用，并对石墨烯及其相关复合材料的制备方法展开了介绍。

关键词：石墨烯；制备方法；研究进展；应用前景中图分类号：TQ127.11文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.20.063石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式组成的六角型呈蜂巢晶格的二维纳米材料。

在石墨烯发现以前，许多物理学家根据Mermin-Wagner定理得出，在非零温度下，热力学涨落不允许任何二维晶体存在。

因此对寻找这种二维材料不抱希望，然而石墨烯的发现却违背了这个理论，并且在室温下就能找到石墨烯，这个发现立刻震撼了凝聚态物理学学术界，而关于石墨烯的研究热潮也随之而来。

由于石墨烯含有垂直于其二维平面并且可以贯穿全层多原子的大π键，因此其具有优良的导电性和光学性能。

同时，石墨烯也是目前已知最薄的且强度最高的材料之一，其断裂强度比最好的钢材还好；同时它有非常好的韧性，可以弯曲，其拉伸幅度能达到自身的20%。

在导热方面，石墨烯具有非常好的热传导性能，堪称目前导热系数最高的碳材料。

光学方面，其在较宽波长范围内的吸收率约为2.3%，有非常好的光学性能。

1石墨烯的制备方法1.1石墨烯的制备方法近年来，关于石墨烯的研究可谓是热火朝天，而研究石墨烯的第一步便是制备石墨烯，关于制备石墨烯的新方法也是多种多样。

下面介绍一些常见的制备方法[1]。

1.1.1机械剥离法机械剥离法使用机械装置利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，克服石墨层分子间的作用力，从而得到只有纳米厚度的石墨烯薄层材料。