下载文档原格式
第50卷第2期 2022年2月化工新型材料N E W C H E M I C A L M A T E R I A L SV〇1.50 N o.2•303 •j消丨大i l化物所开发出高性能光热|息丨转化石墨埽暮复合相史材料；0 •\•最近，中国科学院大连化学物理研究所热化学I$i研究组研究员史全团队通过合成策略开发出一种具有高光热转换效率的石墨烯基复合相变材料。
该复合相变材料具有优异的相变性能和光热转换能力，为大规模制备石墨烯基光热转化复合相变材料提供了新思路。
石墨烯基复合相变材料能够解决相变材料相变过程中的泄漏问题，并具有优异的光吸收能力，在太阳能热转换和存储领域具有潜力。
然而，目前石墨烯基复合相变材料的制备方法涉及多步过程，通常较为复杂、耗时耗能，阻碍了其进一步的应用。
基于此.科研人员通过简单直接的一步法策略，将聚乙二醇相变材料原位填充到氧化石墨烯网络结构水凝胶中，构建出石墨烯基定型复合相变材料。
该复合相变材料具有高的相变材料负载量（95w t%)，经 历1000个冷热循环后仍可保持稳定的相变焓值（162. 8J/g)，表现出优异的相变储热性能。
此外，该材料还具有出色的光热转化能力，可快速将太阳能转化为热能储存于相变材料中，转化效率最高可达93.7%。
（新型）苏州钟米所命]备出高导电MXene气凝肢纤维最近，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所气凝胶闭队采用动态溶胶-凝胶湿法纺丝和超临界干燥联用策略，制备出具有高导电性、高取向性且具有优异电热/光热双响应性的T i3C2T,M X e n e气凝胶纤维（M A F)。
气凝胶纤维能够将气凝胶的轻量化和介孔特性与纤维的柔韧和细长特性相结合，在智能织物、柔性电子和透明光学等领域颇受关注。
与静态溶胶-凝胶转变策略相比，动态溶胶-凝胶纺丝策略在M X e n e气凝胶的制备中展现出连续性和批量生产的优势。
M A F的电导率高达104S/m，比石墨烯气凝胶纤维高1个数量级，比文献中报道的其他M X e n e气凝胶高2〜3个数M级。
石墨烯复合材料的制备及对环境污染物的吸附性能研究焦晶晶;何丽君;崔文航;刘建平;郑利梅【摘要】石墨烯(Graphene,G)是由类似苯环结构组成的蜂窝状二维晶形结构,具有大的比表面积和共轭体系,是一种优良的吸附剂.但G化学稳定性极好,几乎不溶解;另外,层与层之间强大的π-π共轭作用,致使其易在水或有机溶剂中发生聚集,不利于其本身特性的展现.将G与其它材料复合,不仅可以改善G的分散性,而且可以赋予复合材料一些新的特性.该文综述了近年G复合材料的制备方法及其作为吸附剂在吸附环境污染物中的研究进展,对吸附机理进行了简述,并对G复合材料作为吸附剂的发展趋势进行了展望.%Graphene(G) is an efficient adsorbent in many fields,which composes of a two-dimensional monolayer with a honeycomb-like aromatic structure.It possesses a great specific surface area and a huge π-π conjugated system.However,the stable chemical property,indissolubility with s olvents and the strong π-π interaction between the layers,lead to the irreversible agglomerates of G in aqueous solution and restrict its further application.G could be composited with some other materials such as polypyrrole,polymeric ionicliquids,Fe3O4@SiO2,etc.G composites could not only improve the dispersion of G in solution,but also give some novel characteristics to the composites.In this paper,the preparation of G composites by chemical or physical methods was summarized.The adsorption performances of G composites as adsorbents for environmental pollutants including pesticide residues,benzene derivatives,organic dyes and heavy metal ions wasreviewed.Besides,the future development trends of G composites as adsorbents were also discussed.【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】8页(P1159-1165,1170)【关键词】石墨烯复合材料;吸附剂;制备;环境污染物;综述【作者】焦晶晶;何丽君;崔文航;刘建平;郑利梅【作者单位】河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】O647.32;TB332近年，环境污染事件屡见不鲜，引起了越来越多的关注。
石墨烯制备方法的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理、化学和电子特性引起了全球范围内的广泛关注。
由于其出色的导电性、超高的热导率、优异的力学性能和潜在的大规模应用前景，石墨烯在众多领域如能源、电子、生物医学等都有着广泛的应用潜力。
然而，石墨烯的制备技术仍然是制约其大规模应用的关键因素之一。
因此，研究和开发高效、稳定、可规模化的石墨烯制备方法成为了当前科学研究的重要课题。
本文旨在全面综述石墨烯制备方法的研究进展，通过对各种制备方法的原理、特点、优缺点以及最新研究成果的详细分析和讨论，为石墨烯的大规模制备和应用提供理论支持和技术指导。
文章将首先介绍石墨烯的基本结构和性质，然后重点介绍目前主要的石墨烯制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延法等，并对各种方法的最新研究进展进行评述。
文章还将探讨石墨烯制备技术的发展趋势和未来研究方向，以期为石墨烯的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、石墨烯制备方法概述石墨烯的制备方法众多，每一种方法都有其独特的优点和适用场景。
目前，主要的制备方法可以大致分为物理法和化学法两大类。
物理法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法和取向附生法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是通过使用胶带对石墨进行层层剥离，得到单层或多层的石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量较高，但产率极低，难以实现大规模生产。
SiC外延生长法是在高温和超真空环境下，通过加热SiC单晶使其表面分解出碳原子，进而在单晶表面生长出石墨烯。
这种方法制备的石墨烯面积大，质量好，但设备成本高昂，且制备过程复杂。
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，使碳原子以单层形式从钌表面析出，形成悬浮的单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯层数可控，但同样面临制备成本较高的问题。
《新型铜基配位聚合物及其衍生复合材料的制备及其光催化性能研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术因其能够有效地降解有机污染物并降低对环境的二次污染，已经成为当今环保科技研究的前沿领域。
近年来，新型铜基配位聚合物及其衍生复合材料因其独特的物理化学性质和良好的光催化性能，受到了广泛关注。
本文将重点研究新型铜基配位聚合物的制备方法，以及其衍生复合材料的光催化性能。
二、新型铜基配位聚合物的制备新型铜基配位聚合物的制备主要采用溶剂热法。
具体步骤包括：选择适当的配体，与铜盐在溶剂中混合，经过一定温度和时间的水热反应，形成铜基配位聚合物。
在此过程中，配体的选择对聚合物的结构和性能具有重要影响。
此外，反应温度、时间、溶剂种类等因素也会影响聚合物的生成。
三、衍生复合材料的制备在得到新型铜基配位聚合物的基础上，通过热解、还原等方法，可以制备出其衍生复合材料。
这些复合材料通常具有更高的比表面积和更优异的物理化学性质，能够更好地应用于光催化领域。
例如，通过高温热解制备的铜基复合氧化物材料具有较好的光吸收性能和较高的光生电荷分离效率，因此具有良好的光催化性能。
四、光催化性能研究本部分将重点研究新型铜基配位聚合物及其衍生复合材料的光催化性能。
首先，通过降解有机污染物（如甲基橙、罗丹明B 等）来评价其光催化活性。
实验结果表明，新型铜基配位聚合物及其衍生复合材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了催化剂的稳定性、循环使用性能等重要参数。
五、结果与讨论通过实验结果，我们发现新型铜基配位聚合物及其衍生复合材料在光催化领域具有显著的优势。
首先，其独特的结构使得光生电荷能够有效分离，从而提高光催化效率。
其次，其较高的比表面积和优异的物理化学性质使得催化剂能够更好地与有机污染物接触，从而提高降解效率。
此外，我们还发现催化剂的制备条件（如反应温度、时间等）对其性能具有重要影响。
六、结论本文研究了新型铜基配位聚合物的制备方法及其衍生复合材料的光催化性能。
石墨烯/聚合物复合材料的研究现状及前景皖西学院材料1102班：2011010373张帅2011010355施含、2011010347陆瑞瑞、2011010611蔡虹、2011010364谢偏、2011010336冯帆摘要：石墨烯是2004年问世的一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶体结构的新型纳米材料，其特殊的结构赋予了它许多新奇的物理性质，如优异的力学性能，良好的导电和导热性能，和极佳的复合材料增强性能，石墨烯作为纳米增强组分, 少量添加可以使聚合物的热学、力学、电学等物理性能得到大幅地提高。
因此其应用领域广泛，受到广大学者科学家的重视。
本文主要介绍聚合物复合材料的界面结构，石墨烯结构和界面，石墨烯/聚合物复合材料的实现和应用以及对未来发展前景的展望。
(9、12、13、17)关键词：石墨烯、聚合物复合材料、界面相容性、材料改性、力学性能、电学性能、热学性能，应用。
Present situation and prospect in Graphene/polymercomposites.Zhang ShuaiShi Han 、Lu Ruirui、Cai Hong 、Xie Pian Feng Fan Abstract:Graphene discovered in 2004 is a atomic two-dimensional(2D)nanomaterials. Due to its unusual molecular structure ,graphene shows many novels ,unique physical and chemical properties ,such as excellent electric conductivity ,thermalconductivity ,thermal stability.Graphene as nano enhanced components, a small amount of added can make polymer thermal, mechanical, electrical and other physical properties are improved significantly.So its application field widely, have drawn the attention of the many scholars scientists.This paper mainly introduces the interface structure of polymer composite materials, graphene structure and interface, implementation and application of graphene/polymer composites as well as on the outlook for the future development prospect.Key words: Graphene,Polymer composite materials Material modification、Mechanical properties、Electrical performance、Thermal properties、application.一：石墨烯/聚合物的研究现状自年石墨烯发现以来，石墨烯的研究成果层出不穷，其中包括，生活领域，医用领域，电化学领域等。
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。
1、化学还原石墨烯氧化物法（推荐）试剂：石墨粉浓硫酸高锰酸钾水合肼 5%双氧水盐酸氢氧化钠仪器：超声仪离心仪实验步骤：氧化石墨制备：将 10 g 石墨 230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中，搅拌 30 min 使其充分混合。
称取 40 g KMnO4 加入上述混合液继续搅拌 1 h 后移入 40o C温水浴中继续搅拌30 min 用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 o C以下)稀释至 800-1 000mL。
后加适量 5% H2O2趁热过滤，用 5% HCl 和蒸馏水充分洗涤至接近中性。
最后过滤、洗涤在 60o C下烘干得到氧化石墨样品。
石墨烯制备：称取上述氧化石墨 0.05 g 加入到100 mL pH=11 的NaOH 溶液中在150 W 下超声90 min 制备氧化石墨烯分散液。
在 4 000 r/ min下离心 3 min 除去极少量未剥离的氧化石墨。
向离心后的氧化石墨烯分散液中加入0.1 mL水合肼，在90o C反应 2 h 得到石墨烯分散液，密封静置数天观察其分散效果。
2、微波法（推荐）试剂：石墨 NH4S2O8 H2O2仪器：超声仪实验步骤：将石墨与NH4S2O8 及H2O2在超声下混合, 然后进行微波反应, 成功制备了石墨烯。
他们指出该过程包括两步反应。
首先,NH4S2O8 在微波下发生了分解产生了氧自由基,在氧自由基的诱导下, 石墨纳米片被切开。
然后H2O2 分解并插入石墨纳米片层间从而导致石墨烯的剥离。
3、化学气相沉积法试剂：二氧化硅/硅镍甲烷氢气氩氨气仪器：马福炉实验步骤：K im等首先在S iO2 /Si基底上沉积一层100- 500nm厚的金属镍薄层, 然后在1 000o C 及高真空下, 以甲烷、氢气及氩气混合气为反应气,在较短的时间内制备了石墨烯。
W ei等采用甲烷和氨气为反应气, 一步法直接合成了氮掺杂的石墨烯。
在该氮掺杂的石墨烯中氮原子采取“石墨化”、“吡咯化”及“吡啶化”这三种掺杂方式。
N和Co修饰的多孔碳催化剂的制备及电催化析氢性能研究宋丹丹;崔丽莉【摘要】首先利用溶剂热法制备出两种不同的金属有机框架MOFs,将两种不同的MOFs分别与石墨烯材料复合,得到ZnCo-MOF/Gr以及Co-MOF/Gr,经过高温热解后形成碳层包裹的钴纳米颗粒负载在N掺杂的多孔碳材料上(Co-N-C-T以及Co/N/C),通过XRD、XPS、SEM和TEM等手段对其进行了结构和形貌表征.结果表明所制备的Co-N-C-900继承了MOFs的高比表面积的特性,尺寸均一,其比表面积高达488.73m2g-1和具有多级孔结构、高浓度的催化活性位点(N和Co的原子含量为3.77％和1.26％).并通过一系列电化学测试手段对材料的电催化析氢(HER)性能进行了评估.结果表明Co-N-C-900在酸性和碱性条件下都表现出优异的HER催化性能,在不同电解质中的起始电位最正,塔菲尔斜率最小,与Pt/C最为接近.在经历了1000次的循环伏安(CV)测试后,测得的线性伏安曲线(LSV)与初始LSV 基本重合,表明Co-N-C-900具有较好的稳定性.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)002【总页数】6页(P125-130)【关键词】溶剂热法;MOFs;石墨烯;析氢反应【作者】宋丹丹;崔丽莉【作者单位】长春理工大学化学与环境工程学院,长春 130022;长春理工大学化学与环境工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】O646氢是最有希望替代化石燃料的能源之一，由于其具有清洁和可再生的特点，因此可以解决全球能源严重短缺和环境恶化的问题［1］。
迄今为止，铂（Pt）或Pt基材料是最有效的析氢反应催化剂，但Pt的低丰度和高成本严重限制了它们的广泛应用［2］。
因此，开发低成本、高活性的高效非贵金属催化剂来替代贵金属基催化剂是当务之急。
过渡金属掺杂的碳材料在电催化析氢反应中受到了广泛的关注。
石墨烯／纳米银复合材料的制备及应用研究进展综述了石墨烯/纳米银复合材料的制备方法及应用，讨论了其在导电、导热和生物医学等方面的应用，展望了石墨烯/纳米银复合材料的研究方向和发展前景。
标签：石墨烯；复合材料；纳米银；制备及应用石墨烯作为一种由单层单质原子组成的六边形结晶碳材料，其特殊性能的应用一直是近几年研究的重点。
但是石墨烯的生产效率低，需经常将其进行改性，达到以较少的添加量获得更好性能的目的。
其中，纳米银的出现在一定程度上扩大了石墨烯在导电[1]，导热方面的应用。
而且纳米银的生产效率高，很好地解决了石墨烯/纳米银的生产问题，为石墨烯在诸多技术领域的应用拓展了空间[2]。
金属粒子由于含有自由移动的电子和极大的比表面积，在导电性和导热性方面有着出色的表现。
而纳米银颗粒，纳米银棒，纳米银线则可以在复合基体中形成网络通路，提高材料的导电性和导热性。
1 石墨烯/纳米银复合材料的制备方法目前，石墨烯掺杂纳米银复合材料可以根据纳米银的形貌特征分为石墨烯/纳米银颗粒复合材料和石墨烯/纳米银线复合材料。
纳米银的加入使得石墨烯复合材料的导电性和导热性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。
1.1 机械共混法机械共混法可分为搅拌法和熔融共混法。
刘孔华[4]利用搅拌法制备得到石墨烯/纳米银线杂化物，在50 ℃下搅拌，升温至210 ℃，最后降至常温得到石墨烯/纳米银线杂化物。
熔融共混法是利用密炼机或者挤出机的高温和剪切作用力下将石墨烯、纳米银和基材熔融后，共混得到石墨烯/纳米复合材料。
该方法用途广泛，适用于极性和非极性聚合物和填料的共混。
并且纳米银的烧结温度在180 ℃，对于纳米银颗粒可以烧结形成一定规模的网络结构。
此方法制备的复合材料所需时间短，且纳米银线是单独制备，所以可以单独控制纳米银线的长度和长径比。
但是由于是机械共混，纳米银在石墨烯材料中的分散性不是很好，且容易发生团聚，达不到形成大量网络结构的目的。
1.2 化学还原法化学还原法是目前比较常见的将金属纳米粒子附着在石墨烯表面的方法。
石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用田晓鸿（西安航空职业技术学院，西安710089）摘要：新能源汽车锂离子电池对于负极材料的节能环保性要求较高，而石墨烯作为新型的碳材料，因低成本、高性能而成为新型的负极材料，而针对氧化石墨法制备流程复杂、存在污染性，且制成的微米级团聚颗粒石墨烯电化学性能受限问题，文章采用机械液相剥离的规模化制备工艺，将石墨烯与石墨复合制备成石墨烯复合材料，通过实验方法测定其作为锂离子电池负极材料的电化学应用性能，结果表明与石墨复合后，可有效优化石墨烯负极材料的使用性能，更好的满足新能源汽车发展要求。
关键词：石墨烯；负极材料；电化学性质；锂离子电池中图分类号：U469.72；TM912文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）01-0183-04 Preparation of Graphene and Its Application as Anode Materials for Lithium Ion Batteries of New Energy VehiclesTian Xiaohong（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an710089，China）Abstract：New energy automobile lithium-ion battery has high requirements for energy-saving and environmental protection of anode materials.Graphene,as a new carbon material,has become a new type of anode material due to its low cost and high performance.However,in view of the complicated preparation process of the graphite oxide method,the presence of pollution,and the limited electrochemical performance of the micron-sized agglomerated particles,this paper adopts the large-scale preparation process of mechanical liquid phase exfoliation to prepare graphene and graphite composites into Graphene composite material,through the experimental method to determine its electrochemical application performance as a lithium-ion battery anode material.The results show that the per⁃formance of graphene anode material can be effectively optimized after compounding with graphite,which can bet⁃ter meet the development requirements of new energy vehicles.Key words：graphene;anode material;electrochemical properties;lithium ion battery0引言随着电动汽车技术及保有量的不断发展，为实现节能减排的目的，对锂离子电池制备及使用性能提出了更高的要求。
题目：溶剂热法制备石墨烯及其复合物的电化学性能研究 一、前言 1.研究意义 石墨烯是近几年的研究热门之一，关于石墨烯的理论研究已有60多年的历史，并且被广泛用来描述不同结构的碳质材料的性能。以往一直认为只能在绝对零度下才能稳定存在石墨烯，但是在2004年英国曼彻斯特大学的Novoselov[1]等利用胶带剥离高定向裂解石墨的方法获得了室温环境下能够真正独立存在的二维石墨烯晶体。在这一被科学家们描述为与“削铅笔”相似的过程中，石墨爆裂成单独的原子面既是石墨烯。这些原子碎片异常的稳定，具有很高的弹性且十分坚固，同时传导性也极好。石墨烯的发现无疑在科学界引起了极大关注。虽然石墨烯发现至今只有短短6年时间，但是由于其独特的结构和性质，世界各国，包括美国，欧洲各国，日本，中国等国家都给予了足够的重视，关于石墨烯的报道也如雨后春笋般层出不穷。我国石墨矿产的资源储量大，质量好，产量和出口均居世界首位，这为我国石墨烯的基础和应用研究提供了极为有利的条件。目前，国内外有大量石墨烯/聚合物复合材料以及氧化石墨烯/聚合物复合材料的相关报道，其应用前景十分广泛：从能源行业的燃料电池用储氢材料到合成化学工业的微孔催化剂载体；从导电塑料、导电涂料到建筑行业的防火阻燃材料等方面。因此，加大对石墨烯的研究与开发力度，使石墨烯及其复合材料能尽早应用于我国国民经济的各部门，提高国民生产力。 石墨烯具有优良的电学、力学、光学和热学性质。现有石墨烯的制备方法在一定程度上都存在不足，限制了石墨烯材料的应用。石墨烯的传统制备方法有机械剥离法、加热SiC法、化学气相沉积法以及氧化石墨法。但是传统方法制备的石墨烯成本高，产量少，一直制约了石墨烯产业发展。本文研究用溶剂热法大量制备石墨烯，使其制备成本大幅降低，具有广阔的工业化价值。 2. 国内外研究现状和发展趋势 石墨烯的应用前景 2.1良好的物理实验平台 石墨烯独特的电子结构为粒子物理中不易观察到的相对论量子电动力学效应的验证提供了更为方便的手段。例如，对爱因斯坦相对论的验证往往需要昂贵的实验设备或通过遥远的星系来完成，石墨烯的出现使相关研究变得简单、方便。量子力学和相对论的量子电动力学使人类清楚地了解从粒子到宇宙产生的各种现象。半导体中电子的能量和动量之间具有二次方关系，但在石墨烯中，这一关系却是线性的。石墨烯更多的新特性正引起凝聚态物理学界的极大关注。 2.2纳米电子器件——高频晶体管 石墨烯具有很好的导电性，其廉价大规模生产可能会极大地促进石墨烯在高传导率集成电路方面的研究。石墨烯很有可能成为组建纳米电子器件的最佳材料，可能是下一代电子器件的替代品——用它制成的器件可以更小，消耗的能量更低，电子传输速度却更快。由于其高的电子传输速度和优异的电子传输特性(无散射)，石墨烯可以制作高频 晶体管(高至THz)。虽然石墨烯有着很诱人的性质，但是如前所述，由于其电子能谱没有能隙，很难用普通的方法组建晶体管——不能像传统的晶体管那样通过改变电压来控制其开关。为了克服组建石墨烯晶体管器件的这一主要障碍，首要的技术问题是如何在石墨烯中引入能隙。目前的研究进展表明，可通过超晶格效应来引入能隙，也可以在组 建晶体管器件的时候，利用外加电场等方法来控制石墨烯器件的电导性质，从而为制备石墨烯晶体管扫除障碍。 研究发现在碳化硅基质上外延生长的石墨烯具有约2.9 eV的能隙，但随着样品厚度的增加能隙也随之减少，当石墨烯增至四层时，减少至零。这种能隙是石墨烯与基体材料之间相互作用，导致晶格对称结构被破坏而引起的。这种方法是形成能隙比较直接的方法。在一些晶体(如氮化硼和碳化硅)的相应晶格上外延生长石墨烯可以自动生成一定的能隙，毫无疑问在这些晶体中具有超晶格效应。Oostinga等的研究表明：在组建的双层石墨烯器件上通过外加电场（利用双通装置加载垂直于石墨烯片层的电场）调节其能隙，从而控制晶体管器件的开关及电流强度。 2.3单电子晶体管 石墨烯结构在纳米尺度仍能保持稳定，甚至只有一个六元环存在的情况下仍稳定存在，这对开发分子级电子器件具有重要的意义。目前科学家们已经利用电子束印刷刻蚀技术制备出基于石墨烯的最小的印刷线路板和单电子晶体管，这种单电子组件可能突破传统电子技术的极限，在互补金属氧化物半导体（CMOS）技术、内存和传感器等领域有很大应用前景，有望为发展超高速计算机芯片带来突破，也会对医药科技有极大的促进作用。科学家相信，石墨烯薄膜和碳纳米管一起，极有可能加快计算机芯片微型化的脚步，大幅提升运算速度。未来的时代，很有可能是“硅”“碳”并行的时代。 2.4 石墨烯纳米复合物 McCann等用化学方法对石墨烯进行改性，在溶液中还原经过氧化处理的石墨烯，制备出具有金属特性的石墨烯纳米聚合物。Dikin等还通过定向组装单独的氧化石墨烯片制备出像纸一样的石墨烯膜材料。这种材料在刚性和强度方面都比其他膜材料优越。这种宏观弹性和刚性的产生可能是由于纳米氧化石墨烯层的独特排列方式导致的。这些膜可以用来制作可控的透气膜、超级电容器、分子存储材料等很多功能性材料。很多科学家预测，石墨烯，特别是石墨烯纳米复合物最早的应用可能会在复合材料领域。事实上，现在的技术已经可以大量制备微米级的石墨烯粉晶体，以此为原料，可能会迅速实现低成本的石墨烯复合材料制备，这为其大量应用提供了可能，不过其力学特性是否能达到碳纳米管的程度还没有被证实。另外一种可能是在二次电池中的应用。现在的二次电池主要使用石墨作为电极，石墨烯具有比石墨更高的比表面和导电率，将其复合材料应用于电极材料很可能会大大提高现有电池的效率。 2.5显微滤网和传感器 由于石墨烯只有六角网状平面的一层碳原子，所以石墨烯薄膜还可用于制造气体的显微滤网。在医药研究方面，这种只有一个原子厚度的薄膜可用来支撑分子，供电子显微镜进行观察和分析，对医学界研发新的医疗技术将有极大帮助。Schedin等对吸附在石墨烯上的气体分子进行检测，发现石墨烯在检测气体时具有很低的噪声信号，可精确
地探测单个气体分子，这也使之在化学传感器和分子探针方面有潜在的应用前景。 Robinson等研究了还原过的氧化石墨烯作为分子传感器的应用，这种传感器也具有良好的性能。 2.6超导材料 富勒烯和碳纳米管具有很好的超导特性。C60的超导温度达到 52 K，在此基础上通过掺杂，其超导温度可达到了 102 K。单根碳纳米管大约在 15 K 时也可以显示出超导特性。而石墨烯同样作为 sp2杂化的材料，同时具有很多奇特的电学性质，是不是也会有这种超导特性呢？石墨烯内存在很强的电子声子耦合，这可以用量子电动力学来分析。在金属中出现电子与声子强烈作用的时候往往预示着超导现象的存在，同样，在石墨烯中，这种现象也可能预示超导现象的出现。Heersche 等人用石墨烯连接两个超导电极，通过栅电极控制电流密度来研究约瑟夫森效应，观察到有超电流通过，而且即使在零电荷密度时，也同样有超电流。这说明，石墨烯也具有超导性，并且可能比 C60 材料和碳纳米管的超导性能更好，超导温度更高。 2.7石墨烯在超级电容器中的应用 碳质材料是最早也是目前研究和应用得很广泛的超级电容器电极材料。用于超级电容器的碳质材料目前主要集中于活性炭（AC）、活性炭纤维（ACF）、炭气凝胶、碳纳米管（CNTs）和模板炭等。这些 sp2碳质材料的基元材料是石墨烯。自石墨烯被成功制备出来后，人们开始探究其这种结构的 sp2碳质材料在超级电容器里应用的可能性。 Ruoff 小组利用化学改性的石墨烯作为电极材料，测试了基于石墨烯的超级电容器的性能。这种石墨烯材料的电容性能在水系和有机电解液中的容量分别可以达到 135 F/g 和 99 F/g。Rao 等人比较了通过三种方法制备的石墨烯的电容性能。在硫酸电解液中，通过氧化石墨热膨胀法和纳米金刚石转化法得到的石墨烯具有较高的容量，可以达到 117 F/g；在有机电解液中，电压为 3.5 V 的时候，其容量和能量密度可以达到 71 F 和 31.9 Wh/kg。石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。石墨烯是完全离散的石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；但是在形成宏观聚集体过程中，石墨烯片层之间互相杂乱叠加，会使得形成有效双电层的面积减少(一般化学法制备获得的石墨烯具有 200～1200 m2/g)。即使如此，石墨烯仍然可以获得 100～220 F/g的比容量。如果其表面可以完全释放，将获得远高于多孔炭的比电容。在石墨烯片层叠加，形成宏观体的过程中，形成的孔隙集中在 100 nm 以上，有利于电解液的扩散，因此基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性 2.8石墨烯作为新型储能材料的前景分析 石墨烯具有较大的比表面积，良好的导电性和导热特性，是很有潜力的储能材料。石墨烯作为储能材料，其优势有以下几点：石墨原料储量丰富、便宜，化学法制备的石墨烯成本较低；石墨烯具有良好的导电性和开放的表面，赋予其很好的储能功率特性。其宏观体织构由微米级、导电性好的石墨烯片层搭接而形成，形成开放的大孔径体系，这样的结构为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道，保证这种材料良好的功率特性；石墨烯具有良好的透光性和导电性，也可应用于太阳能电池窗口电极。
2.课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 研究目标 （1）探索溶剂热法制备大面积石墨烯的方法； （2）探索石墨烯负载金属制备石墨烯/金属复合物的最佳条件； （3）制备出电化学性能较佳的石墨烯/金属复合物。 研究内容 （1）采用密封高压反应釜中加热溶剂产生自生压，高温高压下制备石墨烯，获得制备石墨烯的最佳条件，并对制得的石墨烯样品进行AFM、SEM、Raman等表征及分析； （2）以石墨烯负载金属为超级电容器的电极材料涂覆在泡沫镍上，使用油压机压制成电极，对石墨烯电极制作的最优化条件进行研究，对石墨烯-金属复合物进行测试，获得循环伏安、交流阻抗、充放电、漏电流、循环寿命等性能参数。
