石墨烯声子谱计算

Al的声子谱计算

hhwj340

本文介绍计算Al的声子的计算的过程。使用的软件是ABINIT软

件包(version 7.4.2)。使用的赝势是模守恒赝势(TM型),交换关联能使用 GGA近似(PBE型)。计算声子时，应用的理论方法是线性响应理论。计算的具体参数见输入文件。

Step 1:对Al的结构进行驰豫,输入文件如下：

计算得到晶格常数为：7.6500879384(Bohr)

Step2:获得计算声子谱所有所需K点

将Step1中的晶格常数由7.6500879384代替，设置nstep=1，及nline=1,ngkpt12 12 12,简单运行之后即可以得到所有所需K点。K点可以在生成的out,或者DDB文件中截取，注意如果生成的K点多余50个，out文件中只列出前50个，所以最后在DDB文件中截取。

Step3:计算所有所需Ｋ点的DDB文件，输入文件如下：

qpt21 qpt22 qpt23 qpt24 qpt25 qpt26 qpt27 qpt28 qpt29 qpt30 qpt31 qpt32 qpt33 qpt34 qpt35 qpt36 qpt37 qpt38 qpt39 qpt40 qpt41 qpt42 qpt43 qpt44 qpt45

石墨烯的特性及应用

陶庭兴

（安徽大学 物理与材料科学学院 安徽 合肥230039）

摘要：石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，自2004年首次被发现以来，由于其特殊的单原子层结构及独特的物理、化学特性，迅速成为目前材料科学与凝聚态物理研究的一个热点。本文介绍了近年对于石墨烯的一些研究进展，包括石墨烯的结构特点及各方面的应用，最后对相关领域的发展前景也做了一定展望。

关键词： 石墨烯；碳；迁移率；应用

The characteristics and application of graphene

Tao Ting-xing

School of Physics & Material Science, Anhui University, Hefei 230039, China

Abstract Graphene is the free-standing two-dimensional atomic which was first found in 2004 and has been attracting much attention on the horizon of materians science and condensed-

改进的Hummers法制备氧化石墨

改进的Hummers法制备氧化石墨:在冰水浴中装配好500 ml的反应瓶，将5 g石墨粉和5 g硝酸钠与200 ml浓硫酸混合均匀，搅拌下加入25 g高氯酸钾，均匀后，再分数次加入15 g高锰酸钾，控制温度不超过20 ℃，搅拌一段时间后，撤去冰浴，将反应瓶转移至电磁搅拌器上，电磁搅拌持续24 h。之后，搅拌下缓慢加入200 ml去离子水，温度升高到98 ℃左右， 搅拌20 min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。然后分次以10000 rpm转速离心分离氧化石墨悬浮液，并先后用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到分离液pH=7。将得到的滤饼真空干燥即得氧化石墨。氧化石墨的制备工艺流程如图3-1所示。

注：低温反应(＜20℃)中，由于温度很低，硫酸的氧化性比较低，不足以提供插层反应的驱

动力，所以，石墨烯原先没有被氧化。当加入高锰酸钾后，溶液的氧化性增强，石墨烯的边缘首先被氧化。随着氧化过程的进行和高锰酸钾加入量的增加，石墨里的碳原子平面结构逐渐变成带有正电荷的平面大分子,边缘部分因氧化而发生卷曲。此时，硫酸氢根离子和硫酸分子逐渐进入石墨层间,形成硫酸-石墨层间化合物。中温反应(＜40℃)时，硫酸

石墨烯的特性及应用

陶庭兴

（安徽大学 物理与材料科学学院 安徽 合肥230039）

摘要：石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，自2004年首次被发现以来，由于其特殊的单原子层结构及独特的物理、化学特性，迅速成为目前材料科学与凝聚态物理研究的一个热点。本文介绍了近年对于石墨烯的一些研究进展，包括石墨烯的结构特点及各方面的应用，最后对相关领域的发展前景也做了一定展望。

关键词： 石墨烯；碳；迁移率；应用

The characteristics and application of graphene

Tao Ting-xing

School of Physics & Material Science, Anhui University, Hefei 230039, China

Abstract Graphene is the free-standing two-dimensional atomic which was first found in 2004 and has been attracting much attention on the horizon of materians science and condensed-

石墨烯材料

1．4石墨烯材料

纯净、完美的石墨烯是一种疏水材料，并且在大多数有机溶剂中也难于溶解。 不过，对石墨烯进行复合和改性，如通过修饰，共价或非共价的方法将功能基团 引入石墨烯平面，能使其溶解度显著提高H¨”。 在没有分散剂的作用下，直接将疏永的石墨烯片分散在水中是很困难的。通 过氨水调节pH值为10左右，用水合肼还原氧化石墨烯(GO)的办法，可以得到 还原的石墨烯(rG0)。由于这利-石墨烯还含有少量的含氧基团，因而可在水溶液 中分散。但这种分散能力依然是有限的，不超过O 5 mg／mL。除了水，一些有机 溶剂，如乙醇、丙酮、二甲基亚砜和四氢呋喃也可以用来分散rGO。金属离子和 功能基团同样可以用来修饰rGO片层。在KOH溶液中，用肼还原氧化石墨可得 到钾离子修饰的石墨烯(hKlvlG)，其能在水溶液中均匀分散。另外，将苯磺酸基 团引入GO，还原后可得少量磺化的石墨烯，这种石墨烯在pH处于3-10的范围 内时，浓度可达2mg／mL。

共价修饰石墨烯指的是用含有功能基团的分子与石墨烯表面的含氧基团的 反应，如羧基、环氧基、羟基，包括平面内的碳碳双键。例如，分散在四氢呋喃， 四氯化碳，1，2-二氯乙烷(EDC)qb的rGO，发现把其

石墨烯材料

1．4石墨烯材料

纯净、完美的石墨烯是一种疏水材料，并且在大多数有机溶剂中也难于溶解。 不过，对石墨烯进行复合和改性，如通过修饰，共价或非共价的方法将功能基团 引入石墨烯平面，能使其溶解度显著提高H¨”。 在没有分散剂的作用下，直接将疏永的石墨烯片分散在水中是很困难的。通 过氨水调节pH值为10左右，用水合肼还原氧化石墨烯(GO)的办法，可以得到 还原的石墨烯(rG0)。由于这利-石墨烯还含有少量的含氧基团，因而可在水溶液 中分散。但这种分散能力依然是有限的，不超过O 5 mg／mL。除了水，一些有机 溶剂，如乙醇、丙酮、二甲基亚砜和四氢呋喃也可以用来分散rGO。金属离子和 功能基团同样可以用来修饰rGO片层。在KOH溶液中，用肼还原氧化石墨可得 到钾离子修饰的石墨烯(hKlvlG)，其能在水溶液中均匀分散。另外，将苯磺酸基 团引入GO，还原后可得少量磺化的石墨烯，这种石墨烯在pH处于3-10的范围 内时，浓度可达2mg／mL。

共价修饰石墨烯指的是用含有功能基团的分子与石墨烯表面的含氧基团的 反应，如羧基、环氧基、羟基，包括平面内的碳碳双键。例如，分散在四氢呋喃， 四氯化碳，1，2-二氯乙烷(EDC)qb的rGO，发现把其

部分氢化石墨烯和溴化石墨烯的合成

通过氧化石墨烯和苯硼酸之间的一个有趣的反应，部分氢化石墨烯是很容易被制备的。这种部分氢化石墨烯可以通过随后的自由基夺氢反应来合成溴化石墨烯。 引言

由于石墨烯独特的性能，它在理论研究和应用方面均已经引起高度重视。石墨烯衍生物

2

为开发石墨烯的应用提供了更多的可能性。石墨烯的直接官能团化反应是通过C–C键从sp

3

到sp构型的结构改造，它是一种有效的策略来生成石墨烯的衍生物。新的石墨烯衍生物，如氢化石墨烯和氯化石墨已成功制备，它们是采用石墨烯作为基质通过用等离子体氢化或直接氯化制备的。然而，通过各种化学转换的氧化石墨烯的化学改性对于大规模合成石墨烯衍生物是更可取的。在这项研究中，我们报告一个有效的化学路线从氧化石墨烯制备部分氢化石墨烯，并通过后来的自由基夺氢反应第一次获得了一种新的溴代石墨烯衍生物。 实验

（一）部分氢化石墨烯的制备

氧化石墨是通过Hummers方法制备的，并在水中超声脱落成氧化石墨烯。通常情况下，加苯硼酸（36mmol），氢氧化钠（120mmol）和去离子水（200mL），搅拌5分钟，之后加入

-1

120 mL氧化石墨烯的悬浮液（~ 14 mg? mL）。这种混合液在100℃下搅拌6小时。部分氢化石

氧化石墨烯简介

氧化石墨烯是只有一层原子层的物质，它是把石墨粉末氧化得到的产物，或者通过剥离石墨层而得到的产物，在横向尺寸上把原先的石墨分子距离扩大了。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺寸（如图1.1氧化石墨烯结构示意图）。实际上氧化石墨烯是一种不同于传统型态的柔软物质，同时可以表现出聚合物及胶体的性能，具有两性分子的特征。氧化石墨烯还具有优越的分散性，这些都是其具有独特的亲水特征的原因。但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯是从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布的两亲性物质。因此，氧化石墨烯可以降低聚合物材料界面间的能量，氧化石墨烯就像是一种界面活剂， 存在于界面之间。氧化石墨烯是由石墨通过一系列的反应制得的，氧化石墨烯的制备主要是通过以下两种方法，其中第一种是化学氧化法，这种方法制备氧化石墨烯的原理是用强酸与石墨反应，将强酸小分子插入石墨层间，再用强氧化剂（如高锰酸钾等）对其进行氧化。而电化学氧化法制备氧化石墨是将石墨电极置于电解槽的阳极和阴极，对电解质进行电解，将得到的产物进行干燥，即得氧化石墨。电化学氧化法操作简单易行，但是一般制备时间较长，存在产量过低的缺点。

氧化石墨烯的制备

（1）氧化石墨的制备：虽然石墨

生物质石墨烯内暖纤维问世石墨烯产业应用前景可

期

近期，石墨烯在我国纺织领域取得的新突破引发了极大关注。山东济南圣泉集团研发的生物质石墨烯内暖纤维具有低温远红外、抗菌抑菌、防静电等智能多功能特性，主要技术指标与性能达到国际领先水平，因而被众多专家认可，并看好其未来在服装与纺织领域的发展前景。据悉，圣泉集团从植物秸秆玉米芯纤维素中提取生物质石墨烯，而且同时生产出玉米芯纤维，并创造性地将石墨烯应用到纤维上，从而复合出一种全新的材料——生物质石墨烯内暖纤维。

生物质石墨烯研发成功并获得认可，不仅服装与纺织领域有了新的发展方向，国内石墨烯产业研发进程也因此向前迈进一大步，这将提振国内石墨烯产业发展信心，利好石墨烯产业在国内的不断应用。

石墨烯是一种特殊的纳米级材料，也是碳原子单层平面晶体，是目前已知的室温下最好的导电和导热材料，强度最高的物质，并且具有极高的透光性与极大的比表面积。石墨烯最早由科学家在实验室获得，随后其优异的性能不断被发掘出来，并有望取代原有材料在电子信息、新能源、医疗与航空航天等多种领域取的革命性突破，因为近年石墨烯产业发展正广受各国重视。

我国也不例外，早在“十二五”规划中，我国就已将石墨烯等新材料作为重要的战略新兴产业，随后我国陆续为石墨

石墨烯的研究

材料化学课程论文

石墨烯的研究

——材料化学课程论文

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，它可看作是构建其它维数碳质材料( 如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨) 的基本单元( Scheme 1) 。石墨烯具有许多奇特而优异的性能: 如杨氏模量( 约1100 GPa) 、热导率( 约5000 J /( m·K·s) ) 、载流子迁移率( 2 × 105 cm2 /( V·s) )以及比表面积( 理论计算值2630 m2 /g) 等均比较高，还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象。这些优异的性能和独特的纳米结构，使石墨烯成为近年来广泛关注的焦点。最近, 在低填料性质上石墨烯一个惊人的进步使得石墨烯同时招致学界和业界的关注。不同的有机聚合物已被用来制作石墨烯填充聚合物基纳米复合材料。基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景。本文将阐述石墨烯材料化学的最新研究进展，主要包括石墨烯的化学制备、表面修饰及基于石墨烯的复合材料。在基于石墨烯的纳米复合材料方面，着重介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材