石墨烯的功能化修饰

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东南大学研究生课程论文功能高分子化学题目：石墨烯功能化及其在太阳能电池中的应用院（系）：化学化工学院专业：化学姓名：田佳卉学号： 220152318 指导教师：林保平教授东南大学化学化工学院2015年12月石墨烯功能化及其在太阳能电池中的应用田佳卉220152318（东南大学化学化工学院）摘要作为世界上最薄的二维材料，石墨烯材料表现出独特的光学、电学和力学性质，这些性质使得它在聚合物太阳能电池的电极界面修饰领域有着非常强大的应用潜力。

本文介绍了石墨烯的结构、性质及功能化修饰方法，包括共价键修饰和非共价键修饰，并阐述了近年来石墨烯应用于太阳能电池领域的发展现状，包括石墨烯应用于太阳能电池透光电极以及电池中电子受体材料等方面。

关键词石墨烯聚合物共价键功能化非共价键功能化太阳能电池Functionalization and Applications ofGraphene-based Materials in Solar CellsTian Jiahui220152318（School of Chemistry and Chemical Engineering, Southeast University.）Abstract The research of graphene develops dramatically in diverse fields, such as materials, physics, chemistry, biology and so on. Functionalized graphene has attracted tremendous attention as a kind of potential carbon nanomaterial. Recent progresses in non-covalent bond and covalent bond functionalized graphene are summaried based on the research progress at home and abroad．Interests in graphene applications in solar cells have been motivated to meet the demand of improving the photovoltaic performance. Graphene applications in solar cells, such as graphene based transparent conducting electrodes and accepter materials, are reviewed systematically.Key words graphene polymer functionalization solar cells1 前言自2004年英国曼彻斯特大学Geim研究小组首次制备出稳定的石墨烯以来，有关石墨烯的制备及应用得到广泛关注及研究。

氧化石墨烯和羧基之间存在密切的关系。

氧化石墨烯是一种功能化的石墨烯材料，其表面含有丰富的含氧官能团，如羟基、环氧基和羧基等。

这些官能团赋予氧化石墨烯独特的物理和化学性质，如亲水性、分散性、化学反应活性等。

羧基（-COOH）是氧化石墨烯表面的一种重要官能团。

羧基的存在使得氧化石墨烯在水和其他极性溶剂中具有良好的分散性，同时也为进一步的化学修饰提供了反应位点。

例如，通过羧基与其他分子或官能团之间的酯化、酰胺化等反应，可以实现氧化石墨烯的功能化改性，从而拓展其在复合材料、生物医学、能源等领域的应用。

此外，羧基还可以与金属离子或金属氧化物形成稳定的配合物或复合物，这有助于增强氧化石墨烯与金属基材料之间的界面相互作用，提高复合材料的力学性能和导电性能等。

总之，氧化石墨烯与羧基之间的相互作用对于调控氧化石墨烯的性质和应用具有重要意义。

石墨烯量子磺酸化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶格结构材料，具有独特的物理和化学性质。

它具有极高的导电性、热导性和机械强度，同时还具有优异的光学特性和化学稳定性。

这些独特的性质使得石墨烯在各个领域的应用潜力巨大。

量子磺酸化是一种在石墨烯材料上引入磺酸基团的化学修饰方法。

通过磺酸化处理，可以改变石墨烯的表面性质和化学反应活性，进而拓宽其应用领域。

石墨烯量子磺酸化使得石墨烯具有更好的溶解性和可加工性，同时在能源储存、催化剂、光电器件等方面展现出了巨大的潜力。

本文的目的是对石墨烯量子磺酸化的方法和应用进行综述和探讨。

通过对相关文献和实验结果的分析，我们将介绍石墨烯的基本特性和结构，解释量子磺酸化的概念和原理，并详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法和技术。

同时，我们还将总结石墨烯量子磺酸化的重要性及其在各个领域中的应用，并展望未来的研究方向。

通过对石墨烯量子磺酸化的深入了解，我们可以更好地认识到这一领域的重要性和潜力。

未来的研究和开发工作将进一步推动石墨烯量子磺酸化的应用和技术的发展，为材料科学和纳米技术领域的发展做出更大的贡献。

本文的研究对于促进石墨烯量子磺酸化的研究和应用具有重要的参考价值，并将为相关科研人员提供思路和启示。

1.2文章结构文章结构的目的是为了给读者提供一个清晰的内容框架，使他们在阅读过程中能够更好地理解文章的主题和内容。

本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们会对石墨烯量子磺酸化进行一个整体概述，介绍石墨烯和量子磺酸化的基本概念，并明确文章的目的和意义。

接下来，在正文部分，将会分为三个小节展开讲述。

首先，我们会对石墨烯进行详细的介绍，包括其结构、性质及应用领域等方面的内容。

其次，我们会解释量子磺酸化的概念，并探讨其在材料科学中的重要性和实际应用。

最后，我们会详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法，包括化学合成、物理改性等方面的内容。

最后，在结论部分，我们将对石墨烯量子磺酸化的重要性进行总结，并展望未来的研究方向。

石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用作者：关凤华来源：《中国校外教育·高教(下旬)》2014年第14期摘要：石墨烯从被发现到现在，已经经历了十年的时间。

从当初的概念材料变成现实中真正的材料，石墨烯已经在各个领域得到了非常广泛的应用，尤其是化学领域，对石墨烯的关注一直居高不下，对石墨烯的应用前景有非常大的信心。

关键词：石墨烯制备功能化化学应用石墨烯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。

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖格夫成功地在实验中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在。

石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，是一种透明、良好的导体，因此应用领域非常广泛，兼具良好的军事和民用用途。

时至今日，石墨烯材料的制备已经更加的多元化和功能化，制备模式也更加丰富，对于促进当代化学领域的发展有着重要意义。

一、石墨烯的制备1.微机剥离法微机剥离法是石墨烯最早的发现和制备方法，该方法的操作原理是利用痒等离子束在高取向热解石墨材料表面进行槽面的刻蚀处理，具体刻蚀的尺寸标准为20.0nm～2.0nm（宽度），5.0nm（深度）。

将讲过处理后的高取向热解石墨压制在SiO2/Si基底基础之上，通过熔烧的方式，对多余的石墨片进行反复的剥离。

经过以上处理以后，将石墨薄片完全浸润在丙酮溶液中，通过超声清洗的方式，依赖于显微镜挑选镜下检出单原子层特点的石墨烯材料。

微机剥离法剥离制备的石墨烯结构完整，具有高电导性，但制备过程繁琐，生产效率较低，并不适用于大规模石墨烯材料的生产。

2.外延生长法外延生长法是利用生长基质的结构种出石墨烯。

通过将含有4H/6H-SiC的Ir或者Ru等单晶在超高真空环境下高温退火处理，使碳元素向晶体表面偏析，形成外延单层石墨烯薄膜。

石墨烯与生物医学应用的研究进展石墨烯是近年来备受关注的一种新型材料，它由一层厚度非常薄的碳原子构成，因为其惊人的物理和化学性质，它被认为是一种革命性的材料。

石墨烯具有高强度、高导电性、高热导性、超薄和透明等特性，已被广泛研究和应用于许多领域，包括生物医学领域。

本文将阐述石墨烯在生物医学应用领域的研究进展和应用前景。

一、石墨烯在生物医学中的应用石墨烯在生物医学中的应用主要有两个方面：诊断和治疗。

1. 诊断应用石墨烯可以作为一种高灵敏度的检测器，可以用于诊断和监测疾病。

例如，在血液中检测癌症标志物等生物分子，这对于早期癌症的筛查和监测是非常重要的。

另外，石墨烯还可以用于制备纳米传感器，这是一种使用纳米级别的材料来检测和传递信号的设备。

石墨烯纳米传感器可以用于检测细菌、病毒和其他生物分子的存在，从而起到诊断作用。

2. 治疗应用石墨烯也可以用于生物医学领域的治疗。

目前，石墨烯在癌症、心脑血管疾病和神经退行性疾病等方面的治疗应用正受到越来越多的关注。

例如，在癌症治疗方面，石墨烯可以作为一种载体来输送化疗药物或放射性同位素到肿瘤部位，从而实现精准治疗。

此外，石墨烯还可以被用来研究癌症的生物学机制，为癌症治疗提供更多的思路。

在心脑血管疾病的治疗方面，石墨烯也有着广泛的应用前景。

石墨烯可以用来制备可移植的血管支架和人工心脏瓣膜等器械。

在神经退行性疾病的治疗方面，石墨烯也有着显著的效果。

石墨烯可以促进神经细胞的再生和修复，同时减轻疼痛和炎症反应，对于治疗阿尔茨海默症、帕金森氏病等疾病有很大的帮助。

二、石墨烯的特性在生物医学领域中的应用石墨烯在生物医学领域的应用得到了广泛的认可，这主要是由于其独特的物理和化学特性。

1. 高度可调和可控石墨烯可以通过化学修饰或结构设计来调节其形状和功能。

这种可控性使得石墨烯在生物医学领域中的应用得到了很大的发展。

例如，石墨烯衍生物可以通过化学修饰，在不影响其结构完整性的前提下，改变其亲水性和亲油性，从而广泛用于生物医学方面的应用。

糖醇功能化的石墨烯纳米片合成高残炭率酚醛树脂复合材料Hossein Roghani-Mamaqani, Vahid Haddadi-Asl伊朗德黑兰萨汉德山科技大学高分子工程学院摘要：氧化石墨烯和糠醇改性石墨烯纳米片(G-FA)被用来制备石墨烯/酚醛复合材料，研究了石墨烯增容作用对复合基材料的性能特别是残炭率的影响。

X衍射证明所有类型的石墨烯纳米片在酚醛树脂基质中分散均匀，然而，经过糠醇改性的石墨烯板片具有更高的分散性。

热重分析表明与与平整的酚醛树脂相比，改性提高了复合基材料的热稳定性，此外，含有G-FA的复合材料具有高的残炭率。

经过用糠醇氧化和改性的石墨烯键的特征波数转变如O-H、C=O、和C-O键可以在傅立叶变换红外光谱看到，拉曼结果和扫描电子显微成像表明石墨烯纳米片经过氧化和功能化后降低了其尺寸和皱纹。

含有0.2%G-FA的复合材料电子显微成像证明了纳米片的存在。

关键字：复合基材料；纳米结构聚合物；石墨烯；树脂2013年8月25接收，2013年12月9接受前言酚醛塑料是第一个合成和商业化的聚合物树脂，酚醛树脂是由苯酚或者取代的酚类与乙醛或者是甲醛在酸或者碱催化下反应得到，主要有两种类型的酚醛树脂即线型或者交联型树脂，二者的区别主要是苯酚和甲醛的比值和催化剂的不同。

在这些系统中，苯酚、甲醛和糠醇被用做反应物来获得玻璃产品[1,2],除了碳化反应外，糠醇也被用作线型酚醛树脂的溶剂，特别是当树脂被用作黏结材料时，这对提高工艺条件非常有作用。

在这个领域，可以通过改变糠醇的数量来控制系统的粘度和粘接强度。

酚醛塑料通常在热保护烧蚀领域被用作耐老化热塑性树脂，在经过固化后它的低成本、高强度、较好的尺寸稳定性及高的耐老化性和阻燃性等特点更突出显现出来。

然而低成炭率和韧性较差是这些树脂的主要缺点，这限制了它们作为烧蚀复合材料的基体或者炭/炭复合材料先驱体的使用范围。

提高酚醛树脂的残炭率有很多种方法，这些方法中被广泛使用的是结构改性的方法例如硼、钼和含磷物质及其添加物改性酚醛树脂[6-8]。

石墨烯的功能和应用
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，它具有许多出色的功能和应用。

石墨烯的独特结构赋予了它许多惊人的特性，使其成为了许多领域中的研究热点。

首先，石墨烯具有惊人的机械性能。

由于其高强度和弹性，石墨烯可以用于制造更加坚固和耐磨的材料，如增强的聚合物和复合材料，可以用于建筑材料、汽车零部件等领域。

其次，石墨烯还具有良好的导电性和热导性。

这使得石墨烯可以应用于电子器件领域，比如制造更加高效的电池、超级电容器和柔性电子产品。

石墨烯的热导性也使得它成为了制造高效散热材料的理想选择。

另外，石墨烯还具有出色的光学特性，可以用于制造更加高性能的光学器件和传感器。

此外，石墨烯还具有良好的化学稳定性和生物相容性，这使得它可以应用于生物医学领域，如制造生物传感器、药物传递载体等。

除此之外，石墨烯还具有巨大的表面积，这使得它成为了储能材料和催化剂的理想选择，可以用于制造更加高效的锂离子电池、燃料电池和催化剂。

综上所述，石墨烯具有众多出色的功能和应用，其在材料科学、电子器件、光学器件、生物医学和能源领域都具有广泛的应用前景。

随着石墨烯的研究深入，相信它将会在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。

石墨烯在服装方面的应用石墨烯是一种具有特殊结构和卓越性能的二维材料，具有许多在服装领域有潜力的应用。

以下是一些石墨烯在服装方面的应用：1.导电性和热传导性：石墨烯具有出色的电导率和热导率，因此可以用于制作具有导电性和热传导性的纤维和面料。

这些面料可以用于电热服装，如智能加热外套、手套和鞋，以保持身体温暖。

2.防护服和装备：石墨烯的强度和耐磨性使其成为制作防弹服、防火服和其他保护性装备的理想材料。

它可以增加服装的耐用性和抗磨损性。

3.防辐射服装：石墨烯的屏蔽性能使其成为制作防辐射服装的选择，可以保护人体免受电磁辐射和射频辐射的影响。

4.智能服装：石墨烯可以与传感器和电子元件集成，制作智能服装。

这些服装可以用于监测生理参数、跟踪运动、记录数据等。

例如，可以制作具有健康监测功能的石墨烯衣物。

5.轻量化和强化：尽管石墨烯本身非常轻薄，但它具有出色的强度和耐用性。

因此，可以将石墨烯纳入服装设计中，以增加服装的强度，同时保持轻量化。

6.染料和颜色：石墨烯可以用于染色和制作颜色变化的面料，使得服装可以根据环境或用户的需求改变颜色。

7.防水和透气性：石墨烯可以用于制作既防水又透气的面料，使服装保持干燥，同时不会使身体感到不透气。

8.环保：石墨烯制造过程中使用的原材料相对丰富，制作出的服装可以是可持续和环保的选择。

需要指出的是，尽管石墨烯在服装方面有着广泛的潜力，但其商业化应用仍然在研究和开发阶段，一些技术和成本方面的挑战仍需克服。

然而，随着技术的不断进步，可以预期石墨烯在未来的服装领域会发挥越来越大的作用。

石墨烯功能作用石墨烯是由一层层由碳原子构成的二维晶体结构。

它具有许多独特的功能和作用，使其成为当今科学领域的热门研究课题。

下面将详细介绍石墨烯的功能作用。

石墨烯具有出色的导电性。

由于石墨烯中的碳原子之间只有一个键连接，使得电子能够在其表面自由运动，从而实现了高导电性。

石墨烯的导电性比铜还要好，是当前已知的最好导电材料之一。

这种导电性使石墨烯在电子器件中具有广泛的应用前景，例如用于制造更快速、更小巧的计算机芯片和传感器等。

石墨烯具有出色的热传导性。

由于石墨烯是由一个原子层构成的结构，使得热能可以在其表面快速传导。

石墨烯的热导率比铜还要高，因此在热管理领域具有巨大的潜力。

石墨烯可以应用于制造高效散热材料，例如用于电子设备的散热片，可以有效地将热量传递出去，提高设备的散热效果。

石墨烯还具有出色的力学性能。

虽然石墨烯只有一个原子层的厚度，但其强度却非常高，比钢铁还要强硬。

石墨烯的强度使其成为制造轻量化材料的理想选择。

例如，在航空航天领域，石墨烯可以应用于制造轻量化的飞机结构材料，提高飞机的燃油效率和载重能力。

石墨烯还具有良好的光学性能。

石墨烯对光的吸收率非常低，几乎可以忽略不计，而且对不同波长的光都具有相似的吸收特性。

这种特性使得石墨烯在光学器件中具有广泛的应用前景。

例如，可以利用石墨烯制造高效的太阳能电池，提高太阳能的转换效率。

石墨烯还具有优异的气体阻隔性能。

由于石墨烯的原子层结构非常紧密，使得气体分子很难通过其表面。

石墨烯可以阻隔氧气和水分子的渗透，因此可以应用于制造具有优异气体阻隔性能的包装材料，例如用于食品保鲜和药品保存的包装。

石墨烯还具有出色的化学稳定性。

石墨烯对大多数化学物质都具有良好的耐腐蚀性，不易被化学物质破坏。

这种化学稳定性使得石墨烯在化学领域具有广泛的应用潜力。

例如，可以利用石墨烯制造高效的催化剂，用于加速化学反应速率。

石墨烯具有出色的导电性、热传导性、力学性能、光学性能、气体阻隔性能和化学稳定性等多种功能和作用。

2011年第30卷第7期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1509·化工进展石墨烯非共价键功能化及应用研究进展范彦如，赵宗彬，万武波，周泉，胡涵，邱介山（大连理工大学精细化工国家重点实验室炭素材料研究室，辽宁大连 116024）摘 要：为了扩展石墨烯的应用范围，克服石墨烯在溶液中难于溶解和难以分散等缺陷，石墨烯的表面功能化处理势在必行。

而非共价键功能化由于对石墨烯结构的非破坏性可以更好地保持发挥石墨烯本身的优异性能而备受研究者的重视。

本文重点综述了近年来石墨烯在非共价键功能化研究方面的进展，包括π-π相互作用、表面活性剂与石墨烯之间的疏水作用和氢键作用，并对非共价键功能化石墨烯在电极材料、电催化、场效应晶体管和透明导体方面的应用研究进行了简要的介绍。

最后对石墨烯在非共价键功能化方面的发展前景进行了展望和预测。

关键词：石墨烯；非共价键功能化；π-π相互作用中图分类号：O 613.71 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）07–1509–12Research progress of non-covalent functionalization andapplications of grapheneFAN Yanru，ZHAO Zongbin，WAN Wubo，ZHOU Quan，HU Han，QIU Jieshan （Carbon Research Lab，State Key Lab of Fine Chemicals，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China）Abstract：Graphene research develops dramatically in diverse fields，such as materials，physics，chemistry，biology and so on，and mainly concentrates on its synthesis，functionalization and applications. However，graphene also possesses some drawbacks，such as low solubility and poor dispersion that limit its performance，therefore functionalization of graphene-sheets is of crucial importance for making the best of their potential applications. Non-covalent functionalization is paid much attention due to its less damage and full maintenance of the intrinsic structure and properties of graphene. The recent research about non-covalent functionalization of graphene，including π-πinteraction，hydrophobic attraction between surfactant and graphene，and hydrogen bonding interactions，is reviewed and applications of these functional graphene，such as electrode materials，electrocatalysis，field effect transistors and transparent conductors are outlined and prospected.Key words：graphene；noncovalent functionalization；π-π interaction具有二维晶体结构的石墨烯（graphene）材料是碳纳米材料家族的新成员，是继零维富勒烯、一维碳纳米管之后纳米材料领域的又一重大科学发现。

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，具有优异的物理和化学特性，因此在材料科学领域引起了广泛的关注。

石墨烯表面的改性是指在石墨烯表面上引入不同的官能团或分子，以改变石墨烯的表面性质，增强其性能和功能。

石墨烯的表面改性可以通过以下几种方法来实现：1. 化学改性：通过将石墨烯与不同的官能团反应，例如氧化石墨烯（GO）可以与氨基、羟基、酰基等官能团反应，形成具有不同性质的改性石墨烯。

化学改性可以改变石墨烯的电子结构、光学性质、表面活性等特性。

2. 物理改性：通过机械力或热力对石墨烯进行改性，例如拉伸、弯曲、压实等处理可以改变石墨烯的形状和结构，从而改变其性能。

3. 生物改性：利用生物分子的特异性与石墨烯反应，可以在石墨烯表面上引入生物活性基团，实现生物功能化。

通过与蛋白质、DNA等分子相互作用，可以使石墨烯表面具有生物识别和生物传感功能。

1. 防腐涂层：将石墨烯引入防腐涂层中，可以增强涂层的抗腐蚀性能。

石墨烯具有良好的屏蔽性能，可以阻挡氧、水、盐等腐蚀性物质的侵蚀。

石墨烯的高导电性还可以在涂层表面形成保护层，防止腐蚀发生。

2. 纳米复合涂层：将石墨烯与其他纳米材料复合，可以制备出具有优异性能的涂层。

石墨烯的大比表面积和高机械强度可以增强涂层的附着力和耐磨性；石墨烯的高导热性可以提高涂层的导热性能。

3. 摩擦减少涂层：石墨烯在表面涂层中具有优异的润滑性能，可降低物体之间的摩擦。

石墨烯涂层可以应用于机械零部件、汽车发动机和减摩材料等领域，减少能量损耗和磨损。

4. 光学涂层：利用石墨烯的吸收、散射以及折射等性质，可以制备出具有特殊光学性能的涂层。

石墨烯涂层可以用于制备反射镜、透明电子器件和太阳能电池等。

石墨烯的表面改性可以有效改善石墨烯的性能和功能，并将其应用于涂层领域。

未来随着对石墨烯性质的更深入了解和改性方法的不断发展，石墨烯在涂层中的应用潜力将得到进一步发掘。

石墨烯的物理和化学性质研究石墨烯是一种单层二维碳材料，由重复的六元环组成。

石墨烯是一种非常薄的材料，它只有原子尺寸的厚度，但它的强度比钢还要高。

由于它具有出色的物理和化学性质，因此在诸多领域中引起了广泛的研究兴趣。

在这篇文章中，我们将详细介绍石墨烯的物理和化学性质。

物理性质石墨烯的物理性质主要体现在以下几个方面。

1. 电学性质石墨烯是一种非常好的导电材料，其电阻率极低，可以达到约10^-8 Ω∙m，是铜的130倍。

这与碳原子的排列方式有关，因为石墨烯中的碳原子是以一种规则的六元环排列在一起的，这种排列方式形成了一条电子在平面内移动的完美路径。

因此，石墨烯中的电子可以自由地在材料中移动。

2. 光学性质石墨烯在可见光谱范围内的吸收率非常低，只有2.3%。

这是因为石墨烯中的电子能量带结构对于光的范围非常不敏感，因此光子进入石墨烯后几乎不被材料吸收。

3. 机械性质石墨烯是一种非常坚硬的材料，其弹性模量可以达到逆差石墨烯的数十倍。

这是因为石墨烯的结构非常致密，其原子排列方式使其充分利用了碳原子之间的化学键，从而形成了非常坚硬的三维结构。

化学性质石墨烯的化学性质主要包括以下几个方面。

1. 化学反应石墨烯与其他化合物之间的反应都十分复杂，包括氧化、加氢等反应。

由于石墨烯的化学键非常稳定，因此其与许多化合物的反应需要获取很高的能量。

2. 可控制备目前，利用化学还原或机械剥离等方法可将石墨烯制备出单层石墨烯材料。

这种制备方法在很大程度上最大化利用了石墨烯的物理和化学性质。

3. 功能化改性为了更好地利用石墨烯的性质，人们尝试对其进行功能化改性，引入其他原子或分子，从而增强材料的疏水性、增强光学吸收、增加稳定性等。

这种处理方法使得石墨烯的应用范围更加广泛。

应用前景石墨烯具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：1. 电子器件由于石墨烯是一种优秀的导电材料，因此其被广泛应用于电子器件中，如显示器、传感器、存储器等。

同时，石墨烯的高弹性模量使其成为制造电子器件的理想材料。