石墨烯的研究进展

石墨烯的研究进展／刘乐浩等

·３７·

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，详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、等问题，

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：Ｏ６１３．７１Ａ　　　　　文献标识码：

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｒｅｓｓｏｎＧｒａｈｅｎｅ　　　ｇｐ

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，，ｒａｈｅｎｅｒｅａｒａｔｉｏｎＫｅｗｏｒｄｓｍｅｔｈｏｄｓａｌｉｃａｔｉｏｎ　　ｇ　ｐｐｐｐｐｙ　

０　引言

１］２］

富勒烯［和碳纳米管［已经成为碳材料研究的热点，而［］

——石在２００４年，Ｇｅｉｍ等３又发现了碳的又一同素异形体—２

）。石墨烯是由ｓ墨烯（Ｇｒａｈｅｎｅｐｐ轨道杂化的碳原子按正六

率最快的。石墨烯具有特殊的二维结构，使其具有室温量子

１３］１２，１４，１５］１６］

、、隧道效应［反常量子霍尔效应［双极性电场效应［

等一系列独特的电学性质。石墨烯引起了人们的普遍关

１７－２０］

，成为继富勒烯、碳纳米管之后的又一研究热点。近注［

几年来，全球发表的石墨烯ＳＣＩ论文几乎以指数增幅增长，

２１］

。并且出现了越来越多的具体研究方向［

边形紧密排列成蜂窝状晶格的单层二维平面结构。然而在２０世纪３０年代，Ｐｅｉｅｒｌｓ和Ｌａｎｄａｕ认为由于热力学不稳定性

［，］［］

而不可能存在这种二维晶体４５。１９６６年Ｗａｎｅｒ等６提出ｇ并证明不可能存在二维晶体材料。石Ｍｅｒｍｉｎａｎｅｒ理论，－Ｗｇ

７，８］

，墨烯可以卷曲成零维的富勒烯、一维的碳纳米管［并堆积成三维的石墨，它们共同组成了一个完整的碳系家族。

石墨烯中各碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力而保持晶体结构稳定。这种结构使得石墨烯具有很

［９］

高的热导率（和很大的杨氏模量５０００Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１）

由于石墨烯的发展日新月异，本文综述了石墨烯的主要并针对上述制备方法存在的问题，提制备方法及其优缺点，

出了一些见解和建议，概括了石墨烯在复合材料、微电子等领域的应用进展，并预测了其主要研究方向和发展趋势。

１　石墨烯的制备

目前石墨烯的主要制备方法有微机械剥离法、化学剥离化学合成法、外延生长法、化学气相沉积法及电弧法。法、

１．１　微机械剥离法

微机械剥离法是通过机械力来剥离石墨原料从而制备单层或者多层石墨烯的方法。

［］

Ｇｅｉｍ等３用氧等离子体首先在１ｍｍ厚的高定向热解石墨（表面刻蚀出宽２深５然ＨＯＰＧ）０ｍ～２ｍｍ、ｍ的微槽，μμ

（）。石墨烯的理论比表面积高达２１．０ＴＰａ６００ｍ／ｇ。此

。石墨烯最大的外石墨烯还具有很高的光透射率（９７．７％）

２

［１０］［１１］

／，特性是其电子运动速度达到光速的１室温下的电子迁３００

［２１２］

／（），移率达１是目前已知材料中电子传导速５０００ｃｍＶ·ｓ

）；）西北工业大学研究生种子基金（２００９６１０２１２００１６Ｚ２０１１００１；Ｚ２０１１００５　＊教育部博士学科点专项科研基金（

：：男，博士研究生，研究方向为碳纳米材料的制备及应用　Ｔｅｌ０２９８８４６０３３７ａｉｌｌｉｕｌｅｈａｏ１６３＠１６３．ｃｏｍ　刘乐浩：－　Ｅ－ｍ

·３８·材料导报Ａ：综述篇　上）第２０１２年５月（６卷第５期　２

后将其用光刻胶粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭以得到石墨烯微片，随后将粘有微片的玻璃放入丙酮中超声，由于范德华力或毛细管力，石墨烯会吸附到丙酮下面的硅片上。他们用此法首先得到了单层石墨烯并研究了其电学性质。Ｊａａｓｅｎａ等ｙ

［２２］

３１］

。功能化的石墨烯与许多溶剂、行功能化［聚合物基体有较

好的相容性，因而可以用来制作石墨烯－聚合物基复合材料。但是，与其它方法制得的石墨烯相比，化学剥离法制得的石墨烯的导电性很差，这是因为此法得到的石墨烯表面含有大量的环氧基、羧基、羰基、羟基等基团。此外，化学剥离法用到的许多试剂都具有毒性、强腐蚀性，成本较高，且不利于环价廉、强还原性的还原剂对于制备境保护。因而寻找无毒、石墨烯有着积极的意义。

报道了一种制备多层石墨烯的机械剥离

然后用固定方法。他们先将ＨＯＰＧ切割成较小的正方体，在超声振动装置上的单晶金刚石来切割小块ＨＯＰＧ从而得

［３］

超声震动的应用减少了石墨烯的缺陷。Ｐ到石墨烯，ｕ等２用超临界Ｃ他们先将天然石Ｏ２剥离石墨来制备多层石墨烯，墨粉放入高压容器中，然后通入ＣＯ２使容器压力达到，并加热容器使其温度为４此时石墨粉处于超临１０ＭＰａ５℃，经过３降压界ＣＯ０ｍｉｎ后ＣＯ２液体中，２会扩散入石墨层间，从而达到剥离石墨制备石墨时石墨层间的ＣＯ２将快速膨胀，烯的目的。

微机械剥离法过程简单，没有经过各种化学处理，可以制备高质量的石墨烯，可以用来很好地研究石墨烯的性质，石墨烯的发现也归功于该法，但不能得到大尺寸的石墨烯，而且石墨烯的层数很难控制，产量很低。超声振动、超临界技术等物理手段的应用，可以避免手工操作的不稳定性，有望显著提高石墨烯的产量。

１．３　化学合成法

化学合成法主要是以苯环或其他芳香体系为核，通过偶联反应使苯环上６个碳原子均被取代，然后相邻取代基之间如此进行多步反应使芳香体系变大，脱氢形成新的芳香环，

从而合成具有较大平面结构的石墨烯。

［３２］

并用紫外－Ｗａｎｇ等用该法制得了面积较大的石墨烯，［３］

可见吸收光谱对其进行了表征。Ｃ采用溶剂热ｈｏｕｃａｉｒ等３

法，先用乙醇和钠作为原料来制备中间物质，再通过中间物质的裂解、超声分散等处理得到了克量级的石墨烯，一定程度上解决了一般化学合成法所带来的环境污染问题。

化学合成法不采用石墨为原料，而是用各种芳烃类来制备石墨烯，不仅拓宽了石墨烯的制备途径，而且对研究石墨但是，该法反烯的化学形成过程和物理性质有着重要意义；

反应时间长，脱氢效率不高，容易造成结构缺陷，应步骤多，

金属催化剂会造成环境污染。

１．２　化学剥离法

化学剥离法一般用氧化剂氧化、剥离石墨类材料（如石，墨、碳纳米管、碳纤维）来制得石墨烯氧化物（然后再用ＧＯ）还原剂（如肼、还原性金属等）来还原ＧＯ以得到较高导电性

［４］

、的石墨烯。石墨常用的氧化方法主要有３种：Ｂｒｏｄｉｅ法２［５］［６］３

、。ＧＨｕｍｍｅｒｓ法２Ｓｔａｎｄｅｎｍａｉｅｒ法２Ｏ的碳原子属于ｓｐ

杂化，因而ＧＯ的导电性较差。［２７］

Ｓｃｈｎｉｅｐｐ等用浓盐酸等强氧化剂与鳞片石墨混合并密封反应，使鳞片石墨充分氧化，石墨片的层间和边沿生成

１．４　外延生长法

／／外延生长法的具体过程是：通过加热Ｎ使ｉＳｉＣＳｉ基板，生成碳原子并进入Ｎ随后伴随着基体的快速ＳｉＣ分解、ｉ层，

碳原子会由于过饱和而在镍层的表面析出，生成石墨降温，烯。

［３４］

），基体上沉积一层镍（然ＪｕａｎＳｉＣ）Ｎｉｇ等先在碳化硅（

随后将产物抽滤、烘干后放入充满氩气的容大量含氧基团；

通过迅速加热产物至１使得片层间产生巨大压器中；０５０℃，力，含氧基团生成Ｃ剥离开的氧化石Ｏ２将石墨片层剥离开；

２

／。墨轴向膨胀５００～１０００倍，表面积高达７００～１５００ｍｇ

［８］

，先采用Ｈ通过Ｆａｎ等２ｕｍｍｅｒｓ法制得石墨烯氧化物（ＧＯ）

随后通过降温在镍层的表面生成石墨后将其加热到７５０℃，

［５］

烯。Ｂ通过真空石墨化在Ｓｅｒｅｒ等３ｉＣ单晶上生成了超薄ｇ

的外延石墨烯，并利用标准毫微米刻蚀法将其刻成图案。刻蚀的石墨烯图案显示出量子限域效应，４Ｋ时的相位相干长

２－１

·Ｖ－１·ｓ。Ｅ度大于１电子迁移率为２．ｍ，５ｃｍｍｔｓｅｖμ３６］

）等［利用外延生长法在接近大气压力的氩气（条件下，Ａｒ

超声破碎得到Ｇ在ＧＯ的剥离物，Ｏ溶液中加入铝粉得到被铝粉还原的石墨烯，加入盐酸溶液去除过剩的铝粉。该法得

［９］３

／先将多到的石墨烯的体导电率为２．１×１０Ｓｍ。Ｊｉａｏ等２

再将其放入有机溶液中超壁碳纳米管置于高温空气中氧化，

（）在Ｓ基体上得到了宽度为３长度超过５ｉ０００１ｍ、０ｍ的单μμ

２

·该石墨烯在２层石墨烯，７Ｋ时的电子迁移率为２０００ｃｍ－１

。Ｖ－１·ｓ

声以裂开碳纳米管，然后离心得到石墨烯纳米带。石墨烯纳米带的产率约为碳纳米管质量的２％，且其边缘光滑，具有很

２２－１

／·Ｖ－１·ｓ）。和电子迁移率（高的导电率（５ｅｈ）１５００ｃｍ［０］

将碳纤维放入过氧化氢溶液中氧化，并微波处ＳｒｉｄｈａＲ等３　

外延生长法用到的单晶Ｓ外延ｉＣ价格比较昂贵。此外，生长法不能精确控制石墨烯的厚度，很难得到大尺寸、高均得到的石墨烯也很难进行转移。外延生长法匀性的石墨烯，

也可以称为ＳｉＣ表面石墨化法。为了得到结构可以控制的石墨烯，人们正在寻找更多的金属来作为模板，并提出了金属表面外延法的概念。它是通过热循环法以富含Ｃ原子的钌、铷、铱等金属为模板，在金属原子的填隙中实现碳原子的层状生长，从而在金属表面生成一层石墨烯。该法避免了单晶Ｓ降低了成本，还可以进一步控制石墨烯的结ｉＣ的使用，构。

理以加热并剥离碳纤维来制备石墨烯，然后加入肼并超声处理来去除含氧基团，最后利用过氧化氢溶液减少了石墨烯的并缩短了制备周期。过度氧化问题，

化学剥离法是当前可以宏观制备石墨烯的有效方法，在今后相当长的时间里仍将起着重要作用。它可以容易地得由于石墨烯氧化物中含有大量的羧基、羟到石墨烯氧化物，

基和环氧键等活性基团，可以利用多种化学反应对石墨烯进

石墨烯的研究进展／刘乐浩等１．５　电弧法

电弧法的具体过程是：将石墨电极置于充满氩气、氢气在两电极之间通电来激发出电弧，此等气体的反应容器中，

石墨就会蒸发，并时温度可以达到４０００℃。在这种条件下，碳纳米管、石墨烯等物质。通过调节催化剂和生成富勒烯、

可以有效控制几种产物的相对产各气体成分的配比及含量，量。

［３７］

Ｗａｎｇ等在空气中利用电弧蒸发阳极石墨棒制得了

石墨烯的尺寸为１层数为２～１并且发石墨烯，００００ｎｍ，０；～２

现石墨烯的产量与空气的压力有重要关系，高压有利于石墨［８］烯的形成，而低压导致碳纳米管等物质的生成。Ｌ在ｉ等３

·３９·

２

·体管测试表明，石墨烯在室温下的电子迁移率为４０００ｃｍ－１

。Ｖ－１·ｓ

对于化学气相沉积法，各气体的含量、退火温度、反应温加热时间、降温速率等对石墨烯的制备有着重要的影响。度、

化学气相沉积法可以大面积制备结构良好的石墨烯，较好地能满足规模化生产高质量石墨烯的要求，有利转移石墨烯，

于石墨烯的工业化生产。但是，ＣＶＤ法制备石墨烯刚刚兴起，还很不完善，将来的工作重点在于：制①控制上述因素，面积可控且结构均匀的石墨烯，并继续探索一种更备层数、

加简单有效的石墨烯转移技术；②进一步探讨石墨烯的生成为石墨烯的大规模制备、应用奠定基础；机理，③通过改变气进一步拓宽石墨烯在半导体产体等成分来制备掺杂石墨烯，业中的应用。

）和氨气（气氛下通过纯石墨电极间的直流电氦气（ＨｅＮＨ３）弧放电制得了Ｎ型掺杂石墨烯。该法得到的石墨烯的层数为２～６，尺寸为１００００ｎｍ。通过改变气氛中ＮＨ３的含量～２

３９］

首先用可以得到不同氮含量的Ｎ型掺杂石墨烯。Ｗｕ等［

然后将ＧＨｕｍｍｅｒｓ法将石墨制成石墨烯氧化物，Ｏ放入阳

２　石墨烯的应用

石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在复合材料、微光学、能源、生物医学等领域有广阔的应用前景。电子、

极石墨棒中用氢电弧放电来剥离、还原Ｇ最后将还原后的Ｏ，ＧＯ在有机溶剂中超声并离心后得到了石墨烯。该法得到的３

／，石墨烯具有很高的导电率（高于氩弧０Ｓｃｍ，６０１℃）～２×１

２

／和传统热剥离放电法得到的石墨烯（０Ｓｃｍ，５２５℃）～２×１

２．１　复合材料

石墨烯具有独特的物理、化学和力学性能。石墨烯的加因而它在入可以显著提高复合材料的多功能性和加工性能，导电高分子材料、多功能复合材料、高强度多孔陶瓷材料等领域有着广泛的应用。

［４］

首先制备了石墨烯－聚苯乙烯导电复合Ｓｔａｎｋｏｖｉｃｈ等４

材料。他们先将苯基异氰酸酯功能化的石墨烯均匀地分散

／。法得到的石墨烯（０Ｓｃｍ，５０７℃）～８

研究者用电弧法在１９９０年制备出富勒烯，１９９１年制备出碳纳米管。现在电弧法广泛用来生产富勒烯、碳纳米管等还可以方便地得到掺杂石物质。电弧法在技术上比较简单，

墨烯，但制得的石墨烯中常含有其它碳材料，很难得到高纯该方法反应消耗能量太大，而且制得的石度石墨烯。此外，

墨烯一般为多层，尺寸也较小。对电弧炉装置进行结构改控制电弧炉的各种反应参数，并在电弧法的基础上综合造，

利用其它方法，对大规模制备高质量的石墨烯有着重要意义。

到聚苯乙烯基体中，然后用二甲肼还原，恢复了石墨烯的本

［５］

其导电临界含量仅为０．征导电性，１％。Ｒａｍａｎａｔｈａｎ等４

系统研究了功能化石墨烯－聚合物复合材料的性能，发现石墨烯的加入可以使聚甲基丙烯酸甲酯的模量、强度、玻璃化转

［４６］

变温度和热分解温度大幅度提高。Ｗａｎｕｍ－ｇ等先用Ｈ

然后采用溶剂交换法制备了均匀的ｍｅｒｓ方法制备了ＧＯ，

１．６　化学气相沉积法

化学气相沉积法（常用来制备薄膜，一般是将过渡ＣＶＤ）以催化金属晶体基体置于碳氢化合物等气体混合物中加热，裂解碳氢化合物来生成碳原子，最后通过降温在金属基体上形成石墨烯。

［０］

利用ＣＯｂｒａｚｔｓｏｖ等４ＶＤ法通过ＤＣ放电激活氢气和

并利用Ｒ甲烷从而在Ｎｉ基体上制得了多层石墨烯，ａｍａｎ光

溶液，该溶液可以稳定存在几周，质量ＧＯ二甲亚砜（ＤＭＳＯ）

／浓度可以达到１最后将ＯｍｍＬ；ＰＢＩ加入到ＧＯ二甲亚砜ｇ／并采用浇铸的方法制得了Ｇ溶液中，ＯＯＰＢＩ复合物。Ｘ射线衍射发现ＧＯ独立分散在ＯＰＢＩ基体中。ＳＥＭ分析表明

ＧＯ层自发地平行排列于复合物薄膜的表面。与纯的ＯＰＢＩ／相比，ＧＯ质量含量为０．３％的ＧＯＯＰＢＩ复合物的杨氏模量拉伸强度增加了３韧性增加了８增加了１７％，３％，８％。

谱和扫描隧道电子显微镜（表征石墨烯的厚度（ＳＴＭ）１．５±）认为石墨烯的褶皱是由于Ｎｎｍ，ｉ与石墨烯间热膨胀系０．５

［４１］

数的不同所造成的。ＪｕａｎＶＤ法在Ｎｉ箔上制ｇ等利用Ｃ并通过卷对卷技术将石墨烯转移到得了厘米尺寸的石墨烯，

了聚对苯二甲酸乙二醇酯（上，而且认为控制冷却速度ＰＥＴ）

［２］不能很好地控制石墨烯的层数。Ｃ直接在Ｎｈｅｎ等４ｉ粉上

／利用Ｃ并通过ＦＶＤ法制得了石墨烯，ｅＣｌＨＣｌ来去除Ｎｉ粉３

２．２　微电子领域

石墨烯在电场下依然具有很高的载流子迁移率，载流子的迁移速率受温度及化学掺杂的影响很小，载流子在室温下利用石墨烯来制备弹道可以表现出弹道运输的形式。因而，

输运晶体管吸引了大批科学家的兴趣，研究表明石墨烯可能是制备金属晶体管的最好材料。高的费米速度和低的电阻因此石墨烯可以应用到高频转换接触大大缩短了转换时间，

晶体管。石墨烯高度稳定，即使被切成１导电ｎｍ宽的元件，性也很好，可能最终会替代硅。可以把石墨烯作为基底材料来制备尺寸不到一个分子大小的单电子晶体管，它可在室温下工作。

［７］

制得了聚间亚苯亚乙烯衍生物（功能化Ｌｉ等４ＰｍＰＶ）

石墨烯的产量为Ｎ以得到纯的石墨烯，ｉ质量的２．５％。Ｌｉ

４３］

等［利用低压ＣＶＤ法以甲烷为前驱体于１０３５℃在铜箔上

制备出尺寸为０．分析表５ｍｍ的石墨烯。扫描电镜（ＳＥＭ）大部分区域为单晶向，偶然出现２个晶向；明，Ｒａｍａｎ光谱分析表明，石墨烯主要为单层膜且具有很少的缺陷；场效应晶

·４０·材料导报Ａ：综述篇　上）第２０１２年５月（６卷第５期　２

的石墨烯带，并发现该纳米带的宽度在５０～１０ｎｍ时具有多种形态和结构，石墨烯纳米带的宽度在１呈现出０ｎｍ以下时，明显的半导体性质。他们利用该纳米带制备了基于石墨烯

７

，。Ｌ其室温下的开关比可达１的场效应晶体管（ＦＥＴ）０ｉｎ４８］

等［发现了截止频率为１栅长００ＧＨｚ的射频石墨烯晶体管（

量，因而在药物控制释放领域具有广阔的前景。

５

首先制备了具有生物相容性的聚乙二醇功能Ｌｉｕ等５

化的石墨烯，使石墨烯具有很好的水溶性，并且能够在血浆

［］

然后利用π等生理环境下保持稳定分散，－π相互作用首次成）功地将抗肿瘤药物喜树碱衍生物（负载到石墨烯上，开ＳＮ３８

［６］

制得了氧启了石墨烯在生物医药方面的应用研究。Ｈｕ等５

，其频率高于迄今所有的石墨烯晶体管和Ｓ为２４０ｎｍ）ｉ金属）氧化物半导体（场效应晶体管。ＭＯＳ

化石墨烯纸，并证明了该石墨烯材料可以抑制大肠杆菌的生

［５７］

长并具有较低的细胞毒性。Ｗａｎｕｍｍｅｒｓ法制ｇ等先用Ｈ

并将石墨烯溶液与壳聚糖（混合反应以得到石得了ＧＯ，ＣＳ）

２．３　光学领域

好的非线性光学材料通常具有大的偶极矩和π体系等特点，而石墨烯的结构特征正好符合这些要求，因而有望应用于特种光学器件领域。

［９］

制得了由强吸光基团（如卟啉）修饰的石墨烯Ｃｈｅｎ等４

而材料。它是比Ｃ６０更加优秀的非线性光学纳米杂化材料，

随后再将石墨烯／壳聚糖溶液涂覆于墨烯／壳聚糖复合材料，

／玻碳电极上用来检测多巴胺，其线性范围为５～１０ｍｏｌＬ。μ

多巴胺和石墨烯表面的π－π交互作用可以加速电荷的转移，从而减弱抗坏血酸对石墨烯功能化的电极的氧化作用。与碳纳米管功能化的电极相比，由于石墨烯独特的二维结构和石墨烯功能化的电极表现出更优良的电化优异的电学性质，学性质。

且具有优良的稳定性和溶液可处理性，可望应用于特种光学器件领域。Ｚｈｕ等

［５０］

）用酞菁锌（通过酰胺化反应来功ＰｃＺｎ

能化可溶性的Ｇ并且用Ｘ射线Ｏ制得了ＧＯ－ＰｃＺｎ复合物，）和Ｘ射线红外光谱证实了Ｇ光电子能谱（ＸＰＳＯ与ＰｃＺｎ之间酰胺基的存在。与ＰｃＺｎ相比，ＧＯ－ＰｃＺｎ复合物表现出明显的萤光淬灭效应，在５表现出更大的３２ｎｍ和１０６４ｎｍ处，非线性光学消光系数和光限幅性能。

３　结语

石墨烯作为碳纳米材料中的一个新成员，以其独特的结构和优异的物理性质受到了日益广泛的关注。目前世界各国都非常重视石墨烯的物理性质和应用研究，中国科学院等

２．４　能源领域

石墨烯在能源转化和储存方面有着广阔的应用前景

［５１］

。

也在积极投入之中。

石墨烯的制备方法又可以分为“自上而下法”和“自下而上”法。“自上而下”法是通过剥离石墨原料来制备石墨烯层，包括微机械剥离法、化学剥离法、电弧法。“自下而上”法是通过碳原子的重新排列来合成石墨烯，包括化学合成法、外延生长法和化学气相沉积法。化学合成法对探究石墨烯化学剥离法是当前宏观制备石墨的形成机理有着重要作用，

烯的最有效方法，在今后相当长的时间里仍将起着重要作用，但是目前化学气相沉积法以其优越性正受到人们越来越有望在将来占据主导地位。多的关注，

石墨烯类在复合材料中已经得到了大量应用，对提高复合材料的多功能性具有重要作用。发展可再生能源已经成为世界普遍关注的问题，石墨烯有望在能源转化和储存方面得到广泛应用。用石墨烯制造微型晶体管将能大幅度提升计算机的运算速度，使其在微电子领域极具应用潜力。

（今后人们的工作重点将集中在以下３个方面：探索１）操作简单、缺陷少、产量高、成本低廉的石墨烯制备方法，并实现对石墨烯的可控制备，解决好石墨烯的结构和物性的调（）控等问题；积极探究石墨烯的生长机制，深入研究石墨烯２的各种物性，弄清其性能与结构之间的关系，对石墨烯进行（通过对石墨烯材料一系有效的掺杂和化学修饰功能化；３）列重要物性的探测，来设计和开发新型超高性能的石墨烯器真正实现石墨烯类材料的应用。毫无疑问，石墨烯的进件，

一步研究将会深刻改变人们的观念与生活方式。

在能源转化方面，石墨烯具有高导电性、大比表面积等性质，可以作为燃料电池催化剂的载体，将铂等金属粒子沉积到石墨烯片层上，使其具有更好的催化活性；碳纳米材料具有较高的比容量和较好的循环特性，在锂电子电池中使用石墨有望提高负极材料的比容量和功能充放电性能；室温下烯，

并具有高比表面积、高载流子迁移率等石墨烯呈现金属性，

特点，石墨烯和单晶硅组成的肖特基结太阳能电池有着良好实验室已制备出全碳的太阳能电池；此外，石墨的光伏性能，

烯还有良好的力学强度、光透过率和柔韧性，石墨烯和碳纳米管的杂化物有望取代氧化铟锡（用作太阳能电池的透ＩＴＯ）石墨烯具有巨大的比表面积，被明电极。在能源储存方面，

期望用来制备超级电容器，以获得较大的能量存储密度。

［５２］

Ｗａｎｇ等利用石墨烯－硅复合材料来制作锂离子电池，

电化学测试表明该复合材料在超过７００次循环后仍然具有

［３］

／）。Ｄ分别在低温空气、高很强的放电能力（７０８ｍＡｈｕ等５ｇ

温氮气中通过热剥离石墨氧化物制得了石墨烯，并发现它们

／、／，在ＫＯＨ电解质溶液中的单位电容分别为２３０Ｆ１００Ｆｇｇ／／而且它们在无水ＥＣＤＥＣ电解质中的单位电容分别为７３Ｆ

［５４］、／。Ｗ３６Ｆａｎｇｇｇ等采用原位聚合法制备了聚苯胺－石墨烯复合材料，并用其来制造超级电容器，电压为０～０．４５Ｖ时

（／）的充放电测试表明该材料具有很高的比电容２００ｍＡｇ（／）。５３１Ｆｇ

２．５　生物医学

石墨烯具有比表面积大、电导率高等优点，为电子传输提供了二维环境，使其成为电化学生物传感器的理想材料，用以检测各种生物分子。石墨烯和喜树碱类等物质制备的复合物具有良好的水溶性、比其它药物载体更大的药物吸附

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（下转第５１页）

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ＱＬ，ＺｈｅｎＭ　Ｂ，ＺｈａｎＬＦ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅａｒａｔｉｏｎｏｆｆｕｎｃ５３Ｄｕ　　　　　　－ｇｇｐ　　

ｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｒａｈｅｎｅｓｈｅｅｔｓｂａｌｏｗｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｔｈｅｒｍａｌｅｘ　　　　　　－ｇｐｙｐ　ｆｏｌｉａｔｉｏｎａｒｏａｃｈａｎｄｔｈｅｉｒｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｕｅｒｃａａｃｉｔｉｖｅ　　　　　ｐｐｐｐ

［］，（）：ｂｅｈａｖｉｏｒｓＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍ　Ａｃｔａ２０１０，５５１２３８９７，５４ＷａｎＨ　Ｌ，ＨａｏＱＬ，ＹａｎＸＪｅｔａｌ．Ｇｒａｈｅｎｅｏｘｉｄｅ　　　　　ｇｇｐ　　

［］ｄｏｅｄｏｌａｎｉｌｉｎｅｅｒｃａａｃｉｔｏｒｓｆｏｒｓｕＪ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＣｏｍ－　　　　ｐｐｙｐｐ，（）：ｍｕｎ２００９，１１６１１５８

Ｚ，ＲｏｂｉｎｓｏｎＪＴ，ＳｕｎＸ　Ｍ，ｅｔａｌ．ＰＥＧｌａｔｅｄｎａｎｏｒａ５５Ｌｉｕ　　　　　　－ｙｇ

［］ｈｅｎｅｏｘｉｄｅｆｏｒｄｅｌｉｖｅｒｏｆｗａｔｅｒｉｎｓｏｌｕｂｌｅｃａｎｃｅｒｄｒｕｓＪ．　　　　　　　ｐｙｇ　，（）：ＡｍＣｈｅｍＳｏｃ２００８，１３０３３１０８７６Ｊ　　　

，５６Ｈｕ　Ｗ　Ｂ，ＰｅｎＣ，ＬｕｏＷＪｅｔａｌ．Ｇｒａｈｅｎｅｂａｓｅｄａｎｔｉｂａｃ　　　　　－ｇｐ　

［］，（）：ａｅｒｔｅｒｉａｌＪ．ＡＣＳＮａｎｏ２０１０，４７４３１７　　ｐｐＹ，ＬｉＹ　Ｍ，ＴａｎＬ　Ｈ，ｅｔａｌ．Ａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ５７Ｗａｎｒａ　　　　－ｇｇｐｐｇ　　

ｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｏａｍｉｎｅ　　　　　　　ｐｐ

［］，（）：Ｊ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＣｏｍｍｕｎ２００９，１１４８８９　

（责任编辑　林　芳）

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