石墨烯_一种战略性新兴材料_卢红斌
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， ，
品往往是高度 缺陷 的
，
应用 范围受
到限制
。
为 了 避 免 剥离 过程 对石墨 烯
ｉ
ｆ ｎ ＼
ｆ
格结 构 腿坏 鶴 齡 鮮 Ｒ
， ，
；
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ＬＵ ＬＪ Ｌ Ｊ
．
提出了
一
种 微 波和 离子 液体 辅 助剥
。
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Ｈ 〇：
，
离 的 尝试 性方 法
该 方 法制 备 的
、
，
，
、
，
一
。
，
，
。
使 采 用 水 合 肼 类 强 还 原 剂 还 原 后 的 氧 化 石 墨 烯 也 难为 后 续 的 杂 原 子 掺 杂 提 供 了 活 性 位 点 并 可 实 现 在 石 墨
，
，
以恢 复 到期 望 的晶 格 完整 度
。
因 此 这 样 的 石 墨 烯 产 烯 平 面 内 的 嵌 人 如 在 氮 掺 杂 石 墨 烯 中 存 在 有 石 墨 化
”
２ ０ ６ 能 还 要 高 出 近 倍 不 仅能 表 现 出 类 似 苯 环 的芳 香 性 可 无 烯 荷 已成 为中 电 在平 面 内 以 质量 的方式快速迁移 还 具有 规 划 的 全 面 出 台 石墨
。
１
，
（
）
，
国 未来
５
年 重 点 开 发 的 战 略 性 新 兴 材 料 极 高 的 刚 性 和 力 学 强 度
５
．
１
平方
）
，
技 术 旗舰 项 料
”
目
，
并 投资
０
亿欧 元 历 时
，
１
０
年 致 力 于微 米 单 层 石 墨 烯 其 摩 尔 质 量 约 为 ４
， ，
７ ｘ
ｌ
０
千克 摩
／
，
将 石 墨 烯从 实 验 室 技 术 发 展 成 能 够 服 务 于 社 会 的 新 材平 面 内 的 碳 原 子 彼 此 以
然而
，
２ ０ ０４
年 俄裔 英 国 科 学 家 海 姆
，
（
．
和 诺 这 也 是 为 什 么 海 姆 等 人 通 过 采 用 胶 粘 带 的 机 械 剥 离 方
。
，
沃
肖诺夫
（
Ｋ
．
Ｎ ｏｖ ｏ
ｓｅ
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）
等 人 的 研 究 表 明 单 层 和 法可 以 从 天 然 石墨 制 备单 个 片 层 石墨 烯 的 原 因
。
目
前 大多
，
耗
，
３
吨高 锰 酸 钾 和
０
．
５
吨硝 酸钠
，
不 仅 给 环 境 带 来 压 数 掺 杂 石 墨 烯 以 氧 化 石 墨 烯 为 起 始 材 料 其 表 面 携 带
，
，
力 而 且 制 备 的 氧 化 石 墨 烯 在 水 溶 液 中 易 于 形 成 凝 胶 的 含 氧 官 能 团 中 的 多 数 氧 原 子 并 非 嵌 人 石 墨 烯 二 维 平
；
，
）
，
使其可 以
发
ｏｆ
Ｍ ａ ｃｒ 〇 ｍ 〇 Ｍｏ
ｌ
．
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．
ａ ｒ Ｓ ｃ ｉｅ ｎ ｃ ｅ
扩 散 进 入 石墨 的 层 间 空 间
其 次 插 层 物 种 或 溶剂 分
，
Ｆ ｕｄ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ
ｉｔ
Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｙ
，
Ｋ ｅｙ Ｌ ａｂ ｏ ｒ ａ
，
，
［
５
］
。
但 水是 最 为 廉
种水相高产
该技 术 的工
（
Ｈｕ
ｍｍ ｅｒｓ
）
氧化 法
。
浓 硫 酸 对 石 墨 烯 表 面 有 较 好 的价 的 溶 剂 能 够 实 现 石 墨 烯 的 水 相 剥 离 是 人 们 迫 切 希
，
，
润 湿 性 且 其 与 高 锰 酸 钾 反 应 后 形 成 的 高 价 氧 化 物 具 望 的
，
２ ０
１
３
年 笔 者实 验室 就公 开 了 这 样
一
有 较 强 氧 化 能力 和 较 高 的 化 学 势 可 以
，
自
发 插 人 石 墨 率 规 模 化 制 备 高 质 量 石 墨 烯 的 新 技 术
、
。
层 间 并 在 硝 酸 钠 辅 助 下显 著 氧 化 石 墨 烯 片 层
，
，
。
氧 化 反 艺 简 洁 性 和 水 相 剥 离 单 层 石 墨 烯 的 高 产 率
，
多 层 单 晶 石 墨 烯 薄 膜 不 仅 在 环 境 条 件 下 能 够 稳 定 存 将 这 样 的 剥 离 方 法 用 于 工 业级 石墨 烯 原 料 和 下 游 产 品 在 而 且 还 表 现 出 显 著 的 金 属 性 质 其 电 荷 浓 度 高 达 的 制 备 显 然 不现 实
材料 领 域 中 很 少 有 像 石 墨 烯 这 样 能 够 在 短 时 间
内 迅 速 引 起 人们 强 烈 关 注 的 材 料
。
１Hale Waihona Puke 〇 〇倍）
、
导热 导 电性 质 极佳
、
、
比 表面 积巨 大的新兴材
、 、
有 关 石墨 烯 研究 的 料 被 广 泛 应 用 于 通 信 电 子 柔 性 显 示 可 穿 戴 设 备 储
， ，
－
ｉ
教授 复 旦 大 学 高 分子 科 学 系 聚 合 物 分 子 工 程 国 家 高 分 子 及 其 复 合 材 料 协 同 创 新 中 心 上 海 烯 引 新 材 料 动 力
， ，
可 的 相 互 作 用 要求 进 入 层 间 的 物 种 必 须 具 备
（
定 的驱
自
如 与 石 墨 烯表 面 发 生 电 荷转 移
，
学 术论文
，
自 ２０
０４
年以 来
１
一
直 呈 指 数增 长
。
在 产 业 应 能 材 料 高 性 能 涂 层 和 特 种 纤 维 等 各 个 领域
、 “
一
２
［
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＼
（
用方 面 欧 盟 在
２０
３
年 初 宣 布 石 墨 烯 人 选 未 来 新 兴石 墨 烯 是
１
种 分 子 量 巨 大 的 二 维 大分 子
， ，
１
。
事 实 上 如 何 实 现 低 成 本 高 效率
，
、
３
１
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／
厘米
５
２
、
室 温 迁移 率 可 达
，
４
１
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厘米
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秒
［
１ ］
）
。
的 石 墨 烯 规 模 化 制 备技 术
。
一
直 是 制 约 其工 业 应 用 和 下
进
达
一
１
步 研 究 还 显 示 石 墨 烯 的 室 温 电 荷 迁 移 率 实 际 可 游 产 品 开 发 的 核 心 问 题 ０ 厘米 伏 秒 是 现 有 硅 材 料 的 ０ ０ 倍 理 从 储 量 丰 富 的 天 然 石 墨 来 宏 量 制 备 石 墨 烯 是最 为
。
［
３
］
。
但 石 墨 烯片 层 之 间 的 相 互
， ，
石黑槌
７５
苴 挪 埴 仆 制 备坊 犬 的 吿 思
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作用 相 比面 内 的
、
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键 要弱 得 多 片 层 之 间 易 于 滑 移 在
＇
外加 力 场 电 场 等 作 用 下 可 以 实 现 石墨 烯 片层 的 剥 离
．
采 用 浓 硫 酸 高 锰 酸 钾 和 硝 酸 钾 混 合 物 这 样 的
、
１
６
２ ０
１
６
年
９ 月
列
（
６８
卷
５
期
）
前 沿 Ｆ Ｒ Ｏ Ｎ Ｔ
Ｉ
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强 氧化 剂 可 以 实 现 上 述
（
目
的 这 就 是 经 典 的 赫 默 斯 角 直 觉 上 不 可 能 在 水 中 实 现 剥 离
但 使 后 续 的 洗 涤 过 滤 等 生 产 环 节 变 得 相 当 困 难 效 率 较 面 中 而 是 以 羟 基 环 氧 基 或 羧 基 方 式 悬 挂 于 表 面 低 此 外 强 氧 化 剂 对 石 墨 烯 晶 格 结 构 的 破 坏 显 著 即仍 可 在 定 程 度 上 视 为 是 氧 掺 杂 石 墨 烯 氧 化 石 墨 烯
，
的 二 维 晶 体 石 墨 烯 是 现有 材 料 中 厚 度 最 薄
，
（
仅 相 当 当 多 的 石 墨 烯 制 备 方 法 仍 以 传 统 的 氧化 还 原 反 应 为 基
。
于人 头 发 丝 直 径 的 十 万 分 之
卢 红斌 重点 实验室
：
一
） 、
强度最高
、
（
是 钢 铁 的 础
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这 主 要 源 于 两 个方 面 的 要 求 首 先 石 墨 烯 片 层 之
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因 此 这 样 的 石 墨 烯 产 烯 平 面 内 的 嵌 人 如 在 氮 掺 杂 石 墨 烯 中 存 在 有 石 墨 化
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