石墨烯材料的用途

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

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-

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

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

北京科技大学《材料科学与工程选论》课程学习

目录

摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. II 1 石墨烯........................................................................................................................................... 1

1.1 石墨烯简介 ........................................

化学气相沉积法新材料的制备

1 化学气相沉积法

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。

1.1 化学气相沉积法的原理

化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。

CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。

1.2 分类

用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。

通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LP

化学气相沉积法新材料的制备

1 化学气相沉积法

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。

1.1 化学气相沉积法的原理

化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。

CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。

1.2 分类

用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。

通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LP