高分子石墨烯纳米复合材料的前沿与趋势

石墨烯聚合物纳米复合材料的前沿与趋势

聚合物与其他塑料结合形成混纺纤维，与滑石粉及云母混合形成填充系统，和与其他非均质加固物进行模型挤压生产复合材料和杂化材料。这种简单的“混合搭配”方法使得塑料工程师们能够利用聚合物团生产一系列能够控制极端条件的有用的材料。在这种方法中最后加入的事石墨烯------人们早就了解到它的存在但是知道2004年才被制备与鉴定出的碳单原子层。英国曼彻斯特大学的Andre K.Geim和Konstantin S.Novoselov因为分离出碳单原子层而被授予诺贝尔物理学奖。他们的成就导致了聚合物纳米材料的蓝图发生了变化。人们已经长期熟知碳基材料，像金刚石，六方碳和石墨烯。但是聚合物纳米材料研究团体重新燃起的热情主要由于石墨烯可与塑料结合的特性以及它来自于廉价的先驱体。石墨烯的性价比优势在纳米复合材料、镀膜加工、传感器和存储装置的应用上正挑战着碳纳米管。接着，这些只能被想象出来的应用将会出现。事实上，Andre Geim说过“石墨烯对于它的名字来说就是一种拥有最佳性能的非凡的物质。”这能够在目前大量发表的文献中可以看出。石墨烯为什么能够这样引起人们的兴趣呢？本篇综述尝试去处理在石墨烯纳米复合材料新兴潮流中所产生的这类问题。这个工作的范围被石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）研究员提出期望的发展潜力进行了拓展。

神奇的石墨烯

石墨烯被频繁引用的性能是它的电子传输能力。这意味着一个电子可以在其中不被散射或无障碍地通行。石墨烯的电子迁移率可达到20000cm2/Vs，比硅晶体管高一个数量级。一片最近的综述表明，以改良样品制备的石墨烯，电子迁移率甚至可以超过25000cm2/Vs。石墨烯是否缺少禁带以及大量合成纯石墨烯是否可行只有将来的研究可以解释。目前，非凡的电子传导性能使得石墨烯居于各类物质之首。所以，利用石墨烯代替硅作为基质的可能性将指日可待。虽然石墨烯的电子传导能力要比铜高得多，但是其密度只有铜的1/5。文献中大量记载了石墨烯的电子传导性能极其影响方面的细节。

由于它固有的特性人们开始对它在纳米复合材料的应用产生了兴趣。据预测，一个单层无缺陷的石墨烯薄膜的抗拉强度要比其他任何物质都要大。事实上，James Hone’s小组已经用原子力显微镜研究了独立的单层石墨烯薄膜的断裂强度。他们测得的平均断裂力为1700nN。他们还发现石墨烯这种物质可以抵挡超高的应力（约25%）。这些测量值使得这个团队计算出无缺陷石墨烯薄片的内在强度为45Nm-1。这儿的内在强度被规定为无缺陷的纯物质在断裂之前所能承受的最大应力。石墨烯如此卓越的是由于它相当于1.0Tpa的杨氏模量。在其他的特性中Paul McEuen和同事们只有一个原子厚度的石墨烯薄膜即可隔绝气体，包括氦气。即石墨烯在实际应用中可作为密闭的微室。石墨烯所表现出的热传导性能要比铜高出很多倍。这就意味着石墨烯能够很容易地进行散热。最近对大块石墨烯薄膜的研究表明其热传导系数是600W/(m.K)。石墨烯另外的一个特性是其具有高的比表面积，计算值为2630m2g-1，而碳纳米管仅为1315m2g-1，这使得石墨烯在储能装置应用上成为一个候选材料。Rod Ruoff’s小组通过改性的石墨烯演示了其具有的超高电容性能。对石墨烯的新奇属性的详细描述随处可见石墨烯与碳纳米管相比有一个截然相反的属性是其不含杂质（不含金属），这对构建可靠的传感器和储能装置来说是一个重要的优势。，更进一步，由于它形状与结构，石墨烯或许有更低的毒性，这也成为目前研究的主题。

独立的纳米材料的这些性质使得物理学家，化学家，和材料学家，不论作为理论学家还是实验学家，都为石墨烯的潜力而感到振奋。然而，最重要的问题是去区分炒作还是现实。

问题不是什么引起了石墨烯的炒作，而是哪一个领域能够从中获益或者怎样去开发其独特的性能。

高分子学家和材料学家通过在聚合物基体中加入石墨烯或者其衍生物合成产品已经走在了前列。通过使用纳米级石墨烯提高强度和硬度就是很好的例子。由于已经分离出了石墨烯，它每年的生产量已经增长到了15吨。最近的报道中指出，石墨烯片晶的商业生产量在两年内有望达到每年200吨。

但是，由石墨构成的石墨烯片材巨大的表面引力。除非这些片材在聚合物基体中被分离或单一隔开，石墨烯纳米复合材料将没有可能实现。这可以在对被剥离出的石墨和碳纳米管所做的实验中可以看出。为了更好的呈现石墨烯聚合物纳米复合材料所面临的挑战以及它的驱动力一篇关于由石墨制得的石墨烯产品的综述获得了权威的关注。

由石墨制得的石墨烯产品

最近的文献描述了几种制备石墨烯的技术，包括利用超临界二氧化碳对石墨进行剥离。每种方法都存在着优缺点。目前利用可伸缩纳米管制备石墨烯的对外开放过程所面临的挑战也在文章中进行了阐述。Kaner et al.评估了石墨烯作为多孔碳的化学性质，历史记录，生产过程和潜在的应用，Ruoff et al.评估了石墨烯材料的制备方法，性能和应用。另外一篇综述着重于氧化石墨烯，超低氧化程度石墨烯，以及石墨烯在水中和有机溶剂中的分散，特别是它的机械性能和电性能。因此，对诺贝尔奖获得者所运用的微机械解理方法制备纯石墨烯的基础学习变得尤为重要。

Geim和Novoselov认为从石墨中生产大量石墨烯并不合适。大规模石墨烯基底设备像气体传感器，超级电容器或电导材料运用化学改性的石墨烯或还原的氧化石墨烯制成悬浮液或分散胶质。后一类石墨烯不是纯净的，因此被称为“有缺陷的石墨烯”。在类似石墨烯的结构中有很多种缺陷。生产方式的本质区别是它生产无杂质石墨烯还是掺杂的石墨烯（结构上或局部解理表面含氧或其他物质）。不纯净的石墨烯的优点在于它的生产成本较低和它的可测量性。但是，不纯净的石墨烯最主要的缺点是它的电子传输能力。换种方式说，杂质在参照聚合物可剥离型是哦西薄片的褶皱表面上形成反应区。结果这将打开其他应用途径。因此，不论是石墨烯的翟亮还是它被预期的应用都决定着其生产过程。

石墨烯是碳经过SP2杂化在二维多空层一个原子厚度的基面。当大量石墨烯在三维空间有规律地进行堆放时，石墨就形成了。石墨在其化学性能上具有特性。它既可以作为氧化剂也可以作为还原剂。由于它在基层之间能够容纳其他物质的嵌入使得人们对它进行了大量的研究。引入插层物质的过程就是被人们所熟知的嵌入。在石墨嵌入式化合物中，石墨烯层如果不改变碳原子的平面度将不会从嵌入物质中获得电子或者为其提供电子。早在1841年，人们就利用钾作为石墨嵌入式化合物的插层物质。当插入层出现后，相邻的石墨烯层面间距会增加。这就导致了其中的范德华力的减小。这个发现使得研究员们可进一步扩大石墨嵌入式化合物的。其一就是利用剥离过程生产单体纳米级石墨烯或石墨烯纳米层。

大量生产石墨烯或石墨烯纳米层的趋势集中在利用化学法对石墨进行剥离。在这个过程中，石墨烯被强氧化剂氧化形成氧化石墨(GO)(类似嵌入式)。这就导致了石墨烯氧化层间的层面间距的增加。很明显，现在所用的氧化方法（或由此改性的）已经发展了50,100,150年。氧化石墨包含了一系列含氧官能团，包括羟基，环氧基团，还有在基底边缘形成的羰基和羧基。这些官能团令氧化石墨层具有高度的亲水性，这就使得它们很快倾向于膨胀，因此很容易分散在水中。在湿度增加时，甚至发现石墨烯片材的层面间距能够可逆地增加6~12埃。利用这个性质，Ruoff’s小组首次演示了利用溶液方法制备1nm厚的单层石墨烯的过程。为了降低其亲水性，可将氧化石墨薄片与有机物异氰酸酯反应。已经通过实验证明了经过异

氰酸酯改性的氧化石墨可在DMFC （极性非质子溶剂）中形成稳定的完全剥离的分散物质。这个反应被提出生成了氨基甲酸酯和氨基化合物。这个为有机高分子可被分散在极性非质子溶剂中合成石墨烯聚合物纳米复合材料(GPNC)铺平了道路。氧化石墨(GO)存在的棘手的问题是它电子电导率的降低。这可通过热低温处理化学还原石墨烯进行缓和。另一种可选择的方法是水浴还原法。不过重要的事注意到完全还原氧化石墨（出去含氧杂质）将无法实现。这也就是为什么电子传导率可作为氧化石墨(GO)被还原为石墨烯程度的可靠指标。然而这却增加了其在水中或者有机物中的分散性。如果被还原的氧化石墨薄片不能很好地在聚合物基质中分散，聚合过程将成为本质上的难题。化学官能团以及静电稳定机制都会抑制剥离型氧化石墨层的聚合。但是剥离型石墨烯存在多分散性残余的可能。Hersam 提供了一种易懂的证实石墨烯多分散性的透视图，包括尝试生产单分散石墨烯和在分离不同厚度石墨烯薄片中密度梯度超速离心法是如何奏效的。利用与碳纳米管同样的方法来避免因液体表面能与纳米管表面能相当而造成的聚合，Coleman 小组发明了通过液相分离石墨制备稳定的分散石墨烯。为了进一步拓展他们的工作，这个小组发表了一篇关于用甲基化合物作为制备具有表面活性的剥离型石墨烯的报告。最近，他们提出了一种利用水—钠胆酸盐溶液制备稳定石墨烯分散质的低廉、可变的生产过程。

表1

表1图a ：典型的功能性石墨烯薄片在硅片上的扫描电子显微

镜图像

图b ：典型的2—3层石墨烯边缘的高分辨透视电子显微镜。插

图显示了几层石墨烯薄片的可观测的电子衍射图

表2

表2：石墨，功能性石墨烯薄片，

氧化石墨和膨胀石墨的X 射线衍

射图

a

b

另一种路线是通过加热膨胀氧化石墨的方法大量生产石墨烯。相关研究表明，对于一个成功的氧化石墨剥离过程，分度旋转轴增大0.7nm时完全消除石墨插层间距（中心至中心）0.34nm是必要的。通过这种方式制备的剥离型石墨烯薄片就形成了功能性石墨烯。表1 的a图是典型的石墨烯薄片的扫描电子显微镜，图b是功能性石墨烯薄片的高分辨透射电子显微镜图像：这张表表明了每一层是由2—3层单体石墨烯薄片组成。

尽管由于热膨胀而使石墨烯平面结构的变形和粉碎，功能性石墨烯片仍有很高的电子导电率。但是，分离出不同剥离度的石墨烯是非常重要的。膨胀石墨和虫型剥离石墨都不是完全分离的石墨烯产品。这在表2 提供距离的X射线衍射图的衍射峰中可以看出。通过表2，我们可以区分不同结构的石墨，功能化石墨烯薄片（FGS），膨胀石墨（EG）和氧化石墨（GO）。

对大量石墨进行化学剥离的实验表明初始石墨的侧面尺寸和其结晶度都决定了终止石墨烯产品是单层的，单双层结合或者多层的。初始石墨物质，像是人造石墨，片状石墨粉体，高结集石墨，天然片状石墨和高定向性热解石墨也会影响石墨烯产品。据悉人造石墨适合生产单层石墨烯。

通过改变直接热处理的温度和时间可以设计和制备不同尺寸的石墨烯纳米层。Jiang宣布他们已经在继机械剪切法之后通过热振动（在1500℃）分离GIC获得了大多在一道五层之间的石墨烯薄片。GIC的不均匀性膨胀将会导致不同厚度的产生。石墨烯纳米片材（GNP）通常由2到10层纳米级石墨烯层进行堆积。我们还发现在接近三维极限的至少十层的石墨烯的电子结构在飞速进展，同时伴随着其性能的演变和石墨烯层数的变化。还有，由于尺寸和厚度的不同，纳米级石墨烯片（NGP）将会趋向于结块，这回给其在聚合物中的分散带来问题。因此，为了发展以石墨烯为基底的聚合物纳米复合材料，初始石墨烯物质的合成是非常重要的。通过操控石墨烯的化学性质和它的层间体系结构就可以操控最终的成品。

石墨烯聚合物纳米复合材料

石墨在自然界中很丰富而且价格便宜。Gene和Mildred Dresselhaus在几十年前就开始研究石墨了（多层石墨烯），他们小组对石墨插层化合物的研究指导1980年才被文献所记载。根据石墨的性质（硬度，热性能，电性能）要优于粘土，因此它为聚合物的强化提供了特别的条件。但是，关键是要去分离石墨层和去利用它作为强化剂。在过去的二十年里，研究员们分别将插层石墨，剥离型石墨或膨胀石墨（EG）片材与聚合物混合生产纳米复合材料。

当然，机械分离法已经相当熟悉了。石墨纳米层是经过声处理的，膨胀石墨（EG）是溶于

含酒精的水溶液中的。经过声波降解法聚合甲基丙烯酸甲酯和纳米石墨层就获得了以石墨纳米层为基底的聚甲基丙烯酸甲酯。Drzal小组利用插层化合物剥离石墨，Jinag的团队利用天

然片状石墨经过嵌入形成膨胀石墨（EG）再制成纳米石墨烯薄片（NGP）。在类似的方法中，即使用已经被嵌入和剥离的石墨，Kaner et al.使用碱金属再次嵌入其中形成第一阶段化合物，再用酒精进行进一步的剥离。随后，他们用微波辐射热加热制备厚度直至2—10nm的高深宽比的纳米石墨烯片材。通过静电纺丝过程将石墨纳米薄片融入聚丙烯腈高分子纤维基底中聚合物纳米复合材料纤维。毋庸置疑地，利用石墨烯作为纳米材料的实验成果对聚合物纳米复合材料的研究造成了威胁。实质上，制备单层或多层石墨烯的不同的方法使科学家们更好地了解了石墨烯的化学性质和其本身的固有性质，也提供了利用石墨烯作为纳米填充物设计具有高的电性能，热性能，渗透性及机械性能的聚合物纳米复合材料的必要的知识。

不仅石墨烯层数，而且它们的厚度、区域和形状都关系到成品的质量。聚合物强化成功的决定性因素是深宽比，也就是纵横比。当强化微粒的尺寸大大缩小时，它们将趋向于结块从而很难在聚合物基质分散。石墨烯层的分离是很重要的，因为其由于减小了表面范德华力而避免其结块。另外一个问题就是纯石墨烯的润湿性较低，表面能较低。有关研究表明在室

温下，石墨烯的表面能只有46.7 mJ/m2.这会导致其在聚合物基质中的分散不均匀，从而使最终的纳米复合材料的机械性能降低。相比较，氧化石墨（GO）的表面能可达到62.1 mJ/m2。换句话说，经过氧化或功能化（掺入杂质）的石墨烯可以帮助其在聚合物基质中的分散但是也会降低最终纳米复合材料的电子传导率。设计改性石墨烯聚合物纳米复合材料的主要挑战就是将单体石墨烯分散在聚合物基质中。尽管最近已经报道了通过催化剂聚合丙乙烯/氧化石墨（GO）制备纳米复合材料的方法，但是在最近的关于石墨烯聚合物纳米复合材料的文献中发现水相合成法和融化混合法呈现了更多的优势。当前这个领域的工作方向在这里被着重强调了。

Stankovich 和Dikin的工作表明了实际上制备聚苯乙烯和石墨烯纳米薄片(GNP)的分散性好，材质均匀的混合物是可能的。为了恢复石墨烯聚苯乙烯纳米复合材料的电子传导性能，该小组减少了含二甲肼溶质（经苯基异氰酸酯和聚苯乙烯处理过的氧化石墨），这也阻止了石墨烯分子之间的凝聚。而且，这个研究发现石墨烯在聚苯乙烯/石墨烯复合材料中的渗透阈值接近0.1vol%，是任何其他二维填充物质的三分之一。随后的工作证实了功能性石墨烯在聚甲基丙烯酸甲酯的均匀分散甚至要优于单壁碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。人们还发现功能性石墨烯（FGS）表面功能和褶皱的形态使得功能性石墨烯聚甲基丙烯酸甲酯（FGS-PMMA）具有更优越的机械性能和热力学性能。当加入0.01wt%的石墨烯时，聚甲基丙烯酸甲酯的杨氏模量提高了30%。当石墨烯的加入量达到1wt%时，聚甲基丙烯

表3：FGS-PVDF（功能性石墨片材-聚

偏二氟乙烯）和EG-PVDF（膨胀石墨-

聚偏二氟乙烯）纳米复合材料的电子传

导率

酸甲酯（PMMA）的杨氏模量进一步提高了80%，而其极限抗拉强度只是适当地增加了20%。通过结果的比较，添加石墨和膨胀石墨（未完全分离）的聚甲基丙烯酸甲酯的机械性能和热力学性能提高得没有添加完全分离的石墨明显。Giannellis通过溶液混合和溶解混合的方法将膨胀石墨（EG）和功能性石墨片材（FGS）与聚偏二氟乙烯（PVDF）混合。功能性石墨烯基聚偏二氟乙烯纳米复合材料（FGS-based PVDF nanocomposites）渗透压在2wt%，而经膨胀石墨（EG）填充的聚偏二氟乙烯(PVDF)为5wt%。较低的渗透压阈值是由于功能性石墨烯片材（FGS）较膨胀石墨（EG）有更高的深宽比。这个差别也使得功能性石墨（FGS）较膨胀石墨（EG）有更高的电子传导率，如表3所示。

当温度升高时，功能性石墨片材-聚偏二氟乙烯（FGS－PVDF）纳米复合材料的电阻将会减小，即表明了其具有负的温度系数，而膨胀石墨-聚偏二氟乙烯（EG-PVDF）纳米复合材料的电阻将会增加（具有正的温度系数）。Yongsheng Chen利用相似的溶液处理功能性石墨烯的方法制备石墨烯/聚合己基噻吩复合材料。他们还制备了经溶液处理的功能化石墨烯/环氧基树脂复合材料，其渗透阈值低至0.52vol%。先前，人们通过不同的方法（直接法，声波降解法，切变法，或声波讲解法和切变法相结合）制备膨胀石墨强化的环氧基纳米

复合材料。当将这些方法进行比较时，切变混合法对石墨纳米层提供了最好的剥离与分散，从而使得最终的纳米复合材料具有最高的模数。为了权衡其机械性能与电子传导能力，我们可以利用石墨烯与环氧基树脂基质之间的共价键合的方式制备石墨-环氧基树脂纳米复合材料，这令电子传导率提高了五个数量级，强度提高了30%，硬度提高了50%。在另一个研究中，Koratkar在纳米填充物质量分数在0.1 ±0.002%的条件下对比了石墨烯环氧树脂纳米复合材料与单壁纳米管（SWNT）和多壁纳米管（MWNT）环氧树脂纳米复合材料的机械性能。石墨烯环氧树脂纳米复合材料不仅在机械性能上要优于单壁纳米管（SWNT）和多壁纳米管（MWNT）环氧树脂纳米复合材料，而且其抗疲劳强度也更优越。石墨烯复合材料性能的提高是由于其具有较大的比表面积（石墨烯与环氧树脂相互作用）和机械效应（表1a中所展示的石墨烯褶皱的表面）。不过这引起了另外一个严

表4图a：单层石墨烯薄片的光学显微图片

图b：复合材料截面示意图

重的问题：是否有效负载会在高性能石墨烯聚合物复合材料界面进行转移。答案来自于Raman的一个分光镜的实验。实验中将石墨烯片材夹在涂有聚合物（环氧树脂、聚甲基丙烯酸酯）的两层之间测量器在纳米复合材料界面的应力传递情况（表4图a和图b）。

表5：根据应变变化时G带峰的移动（蓝

色圆圈表示在薄片中负载被停止标出应变

的位置）

利用连续介质力学的有关知识，可以看出这个实验中当剪切应力达到大约2.3MPa时石墨烯与聚合物之间的界面发生了断裂。这个研究还观察到了G带的应激转变（表5）。当逐步变形停止时将会记下0.4%的线性应力变化。装卸之后的G带的位置展示了未经处理的石墨烯在复合材料中的滑移现象。这个研究证实了Raman的光谱可以用来评估石墨烯作为聚合物强化剂的效率。

由于石墨烯和聚合物之间不存在化学键合，一个有效的途径是通过氢键进行界面强化和避免分离。例如，石墨烯/聚乙烯醇纳米复合材料的研究报导了仅掺杂了0.7wt%的氧化石墨

（GO）时，抗拉强度增加了76%，而杨氏模量增加了62%。氢键对提高氧化石墨聚合物纳米复合材料的机械性能的重要性在真空辅助自组装技术（VASA）中可以看出。壳聚糖生物高分子氧化石墨纳米复合材料相对于添加了1wt%的氧化石墨（GO）的壳聚糖来说，其在抗拉性能（122%）和杨氏模量（64%）均有实质性的提高。当端异氰酸酯聚醚聚氨酯与氧化石墨（GO）形成纳米复合材料时，其耐磨性能也有了显著的提高。另一个研究利用功能化石墨（FGS）和热塑性聚氨酯（TPU）溶解在二甲基甲酰胺溶剂中制备电子电导率有很大提高的浇铸纳米复合薄膜。剥离型石墨烯层通过三种分散方式分散于热塑性聚氨酯（TPU）中：融化、溶解和原位聚合。比较结果显示利用溶解的方法将石墨烯分散于热塑性聚氨酯（TPU）中较融化法更有效。通过溶解制备的石墨烯纳米薄片（GNP）填充的热塑性聚氨酯（TPU）纳米复合材料显示了当减小其散热率时，热塑性聚氨酯（TPU）抗燃性能有所提高。

Drzal et al.通过融化混合制备石墨烯纳米薄片(GNP)/聚丙烯（PP）纳米复合材料，然后再将其用双螺旋浆推进器注塑成模研究它的热学性能，粘弹性和势垒性能。3vol%的掺杂即可使聚丙烯（PP）在横向和纵向的热膨胀系数均减少25%。此外，热导率也有显著的提高，透氧性也相应降低。具有高电子传导率的聚对苯二甲酸乙二醇酯石墨烯纳米复合材料已经被用融化混合的方式制备出来。Macosko报导了关于用融化混合法制备聚碳酸酯石墨烯纳米复合材料时发现分散和定位对复合材料的性能的提高均很重要。J.M. Tour利用融化和溶解的方法将氧化石墨（GO）作为阻燃剂纳米添加物加入到热塑性塑料中像高抗冲聚苯乙烯（HIPS）、丙烯晴（ABS）、聚碳酸酯（PC）。这个研究显示了氧化石墨（GO）可以被用来制造低可燃性聚合物纳米复合材料。已经研究了使用多种聚合物作为基质制备熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）或剥离型氧化石墨聚合物纳米复合材料。由于熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）的低堆积密度，要将不同量的熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）与聚合物基质经溶解法预混合，然后在双螺旋浆挤压机里将添加剂及聚合物基质进行熔融混合。苯乙烯（SAN）和聚碳酸酯（PC）基熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）纳米复合材料的透射电子显微图像（TEM）（表6）显示了熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）的有效剥离和均匀分散。我们将熔融挤压热还原氧化石墨（TrGO）的机械性

表6：含7.5wt%的熔融挤压热

还原氧化石墨（TrGO）的苯乙

烯（SAN）（顶部）和聚碳酸酯

（PC）（底部）纳米复合材料

在不同倍率下的透射电子显微

图像（TEM）

能与电导性能与多壁碳纳米管（MWCNT）和导电石墨（CB）聚合物纳米复合材料进行了

比较。Kim对功能化石墨烯片材（FGS）和经异氰酸酯处理的氧化石墨（iGO）在不同的样板聚合物体系中的混合进行了细致的溶解和熔融混合的研究。用熔融混合的方法将经表面修饰的石墨纳米片（GN）与高密度聚乙烯（HDPE）混合后制备的纳米复合材料在机械性能上有显著的提高。比较经熔融制得的高密度聚乙烯（HDPE）/石墨纳米片（GN）纳米复合材料和高密度聚乙烯（HDPE）/导电炭黑（CB）纳米复合材料的体积电阻率，高密度聚乙烯（HDPE）/石墨纳米片（GN）纳米复合材料表现出了更低的渗透阈值。甚至高密度聚乙烯（HDPE）/石墨纳米片（GN）纳米复合材料较高密度聚乙烯（HDPE）/导电炭黑（CB）纳米复合材料有更好的熔体流动性。一个新的设计是将石蜡涂在石墨纳米片（GNPs）表面强化线性低密度聚乙烯（LLDPE）。结果表明渗透阈值与未涂层的石墨纳米片（GNP）-线性低密度聚乙烯（LLDPE）纳米复合材料比较有了戏剧性得降低。一个最近的研究比较了熔融混合再注塑形成的石墨纳米片（GNP）-高密度聚乙烯（HDPE）纳米复合材料和商业碳纤维（CF）、炭黑（CB）、玻璃纤维（GF）填充的复合材料。石墨纳米片（GNP）-高密度聚乙烯（HDPE）纳米复合材料表现了与经炭黑（CB）和玻璃纤维（GF）强化的复合材料相同的抗弯刚度和强度，且在相同的体积分数下比碳纤维（CF）强化的低一些（表7a）.但其抗冲击强度比其他任何强化剂强化的复合材料高得多（表7b）。

表7图a：各类高密度聚乙烯（HDPE）复合材料的抗弯刚度

图b：各类高密度聚乙烯（HDPE）复合材料的抗冲击强度

最近，Cai和Song讨论了各类石墨烯聚合物纳米复合材料体系的行为以及他们所提出的问题。结论是石墨烯在聚合物基质中是作为强化相的。在加工过程中将石墨烯片分散于日常和工程热塑性塑料所面临的挑战来自于石墨烯聚合物纳米复合材料（GNPC）在商业的成功发展。目前的研究趋势提供了多种缓和多功能石墨烯作为纳米材料时的分散问题的策略。

多种发展潜力

石墨烯作为强化剂要优于碳纳米管是由于其接近石墨先驱体，价格，可扩展的方法和它的取向灵活性（形态上）。石墨烯聚合物纳米复合材料（GNPC）可利用不同的聚合物作为基质，像热塑性塑料、热固性塑料、弹性体和热塑性弹性体通过不同的方法制备。潜在的应用领域包括激光锁模、热学、双极性板材、储能设备、传感器、结构型胶黏剂和阻碍气体等。从以下的研究审查中可以明显地发现其应用的多样性。

由于其可以对特定波长的超快饱和吸收，Tang et al.利用石墨烯聚偏二氟乙烯（PVDF）纳米复合薄膜作为高功率光纤激光锁模的饱和吸收器。光触发驱动性能是由于石墨烯完整的芳香层片结构。利用这个性质，石墨烯基热塑性塑料聚氨酯纳米复合材料表现出了

卓越的红外线触发驱动性能。这个小组还展示了功能化石墨烯环氧树脂复合材料在作为电磁辐射轻质屏蔽材料的商业潜能。一个早期的研究显示了石墨纳米片作为树脂防护导电涂层的可能性。石墨纳米薄片膏体有望成为导热材料。报导中指出纳米石墨烯聚合物复合材料有着惊人的体导电率，超过200 S/cm，所以可以用于燃料电池的双极板。石墨烯纳米复合材料也可以成为高分子电解质膜燃料电池（PEMFC）的催化剂支撑载体。生物聚合物（壳质）混合纳米复合材料被用作葡萄糖生物传感器。最近，Pumera回顾了构建更高性能的电化学传感器和生物传感器的详细过程。在溴化或非溴化的乙烯基酯中使用纳米石墨烯薄片（NGPs）来提高可燃性也相继被学者研究。功能化石墨烯聚合物纳米复合材料还被用来研究作为气体阻隔装置。最近，普林斯顿大学的委托人获得了将功能化石墨烯薄片（FGS）分散于经硫化的天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、聚苯乙烯（PS）-戊二烯-聚苯乙烯（PS）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）中获得石墨烯弹性纤维纳米复合材料的专利。这个专利能够获得大范围的商业应用，包括食品包装、填料和汽车行业。功能化石墨烯薄片（FGS）-硅树脂纳米复合材料体现出了更好的耐热性能及散热性能。石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）的许多商业应用近期开始浮出水面。用石墨烯制得的导电油墨可以作为银制油墨打印视频识别触角图片以及弹性显示器的电触点的廉

价替代品。类似地，以纳米石墨烯片（NGP）为基底的材料可以保护飞机避免雷击。片状模压塑料（SMC）为汽车行业而有了很大的发展。在汽车制造方面的应用包括燃料系统（电荷损耗）、轮胎（刚度提高时的热损耗）、缓冲器/挡泥、需要静电喷雾上漆的车体部件。

提供了石墨烯材料，包括XG科学、石墨烯能源、埃材料、Vorbeck物质、石墨烯溶剂和石墨烯产业几个新阶段的创造证实了石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）的商业潜能。事实上，上面列举的不同的应用已经很快地成为了现实。纳米材料的供应商像是Cheaptubes Inc., Ovation Polymers,Graphene Supermarket, Avanzare, 和Xiamen Knano Graphite Technology Corp. Ltd.都已经在他们的产品系列中加入了石墨烯。基于石墨烯的类型（比如尺寸、导电性、层数、氧化层厚度及分散）和它预期的应用，每克石墨烯将会花费0.25至2000美元。Lux研究的重要发现提出了石墨烯的性价比属性限制了多壁纳米管（MWNTs）在复合材料、涂料、和储能设备上的应用。随着产量的增长，石墨烯的价格将会降得更低。依据这个调查，石墨烯的销售额将从2008年的196000美元在2015年增长到59000000美元。

总结与展望

由于石墨烯的电子导电能力导致的爆炸式的研究已经吸引了全世界的目光。但在化学领域才刚开始展开。化学改性石墨提供了研究有关纳米复合材料的结构性能的一个平台。

除了传统的聚合方法,其他技术如原子转移自由基聚合(ATRP),加成断裂链转移聚合（RAFT）或硝基氧介导自由基聚合(NMRP),或层层自组装技术对于聚合物化学家也可用。微波辐射在片状剥离改性石墨烯的观察中也赢得了注意。这些技术将会大量应用于未来的石墨烯纳米复合材料的特质产品。

研究将会继续关注其表面化学性能和它的衍生物。氧化石墨（GO）的综合性和和含氧物质的类别与质量成为了石墨烯纳米复合材料领域的基础性研究。期待更多的研究在使用动态分子仿真技术揭示还原氧化石墨的结构演变及化学性质。如何有效地将所获得的知识转移到现实世界的生产决定了石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）的商业成功的真实性。例如，熔融混合石墨烯和聚合物的一个障碍是它的低体积密度。经过发展的方法一定会将石墨烯与聚合物进行混合。

电子显微技术在评估石墨烯纳米复合材料的形态，包括在纳米分辨率上评估石墨烯与聚合物基质之间界面结构的嵌入与剥离起着很重要的作用。形态上细节使得研究学者们能够理解复合材料对所加负载在所有结构细节上的回应，从而设计出特定的物质。另一方面，Raman 的光谱不仅被用于描绘石墨烯的特征和将它从含缺陷的石墨烯中区分出来，还为理解石墨烯边缘化学性质及监督石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）的应力转换效率提供了方法。这些研究将会为石墨烯纳米复合材料开始更进一步的展望。我们相信Raman光谱和电子显微技术像是透视电子显微镜（TEM）将会为设计石墨烯聚合物纳米复合材料（GPNC）的应用起着重要的作用。

将石墨烯与人造橡胶化合能否提供多性能的易弯曲的纳米复合材料？石墨烯纳米复合

材料（GPNC）的设计包括生物可降解聚合物体系以及聚合物应激体系。在石墨烯纳米复合材料（GPNC）中嵌入可自我修复的组分可以进行自动修复或者在使用过程中通过外部刺激标记所遇到的疲劳现象。这些神奇的石墨烯复合材料将会用于已经确定下来的应用领域像是汽车、飞行器、燃料电池、薄膜、医疗设备及系统。石墨烯聚合物纳米复合材料的研究提供了工程数据与设计准则。石墨烯被证实是多功能纳米材料，在其创新与应用的产品生命周期中进入了一个重要的阶段。

未来的机遇取决于石墨烯对于设计石墨烯纳米复合材料（GPNC）的利用效率。遗留下来的挑战是：如何在有成本效益的方式下生产足够大体积的石墨烯产品？这就是竞争的开始。

感谢

作者项目经理为IPEX Technologies Inc.的Louis Daigneault先生提供的珍贵的建议表

示诚挚的感谢。

石墨烯散热片

石墨烯散热片的应用及介绍 摘要：石墨烯材料因其辐射水平优于绝大数散热材料，配合纳米碳粉有特别好的散热作用，因此广泛用于解决电子器件因功耗增大导致的热问题。本文 重点介绍了石墨烯散热片的基本知识，散热原理，应用案例。 关键词：石墨烯，散热片，导热系数 1.石墨烯散热片 1.1 石墨烯散热片概述 导热石墨片（TCGS-S）也称石墨烯散热片，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，平面内具有150-1500 W/m.K 范围内的超高导热性能，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。其分子结构示意图如下： 石墨散热片（ TCGS-S ： Thermal Flexible Graphite sheet）的化学成分主要是单一的碳(C)元素，是一种自然元素矿物。薄膜高分子化合物可以通过化学方法高温高压下得到（TCGS-S）石墨化薄膜，因为碳元素是非金属元素，但却有金属材料的导电、导热性能，还具有象有机塑料一样的可塑性，并且还有特殊的热性能，化学稳定性，润滑和能涂敷在固体表面的等一些良好的工艺性能，因此，在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。 1.2 石墨烯散热片的组成 界面导热材料是由基体材料和导热填料组成的复合材料。?

A．基体材料? 石墨烯散热片的基体主要有硅油、矿物油、硅橡胶、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯基散热片的关键点是石墨烯与环氧树脂基体的复合。目前，行业内的供应商将环氧树脂和石墨烯材料采取分层剥离和喷涂，导热系数可达到80w/m.k. B．导热填料 石墨烯散热片以石墨烯或石墨烯与碳纳米管，金属等混合作为导热填料。现有技术很难大量制备高质量的单层石墨烯，而少层或多层石墨烯相对容易制备和较便宜，?且其可保持热传导性质，石墨层可自然地连接到散热片上，?避免了?应用中接触热阻的问题，导热效率较常规的纳米散热片提升20%以上。 1.3.石墨烯散热片的散热原理。 典型的热学管理系统是由外部冷却装置，散热器和热力截面组成。而散热片的重要功能是创造出最大的有效表面积，在这个表面上热力被转移并有外界冷却媒介带走。石墨散热片就是通过将热量均匀的分布在二维平面从而有效的将热量转移，保证组件在所承受的温度下工作。 图 1 TCGS-S 石墨散热片热扩散示意图 2.石墨散热片的应用： 石墨散热片通过在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能，能有效的解决电子设备的热设计难题，广泛的应用于PDP、LCDTV 、Notebook PC、UMPC、Flat Panel Display 、MPU 、Projector 、Power Supply、LED 等电子产品。 目前石墨散热片已大量应用于通讯工业、医疗设备、SONY/DELL/Samsung 笔记本、中

关于石墨烯电池的调研报告范文

关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报

石墨烯聚乳酸复合材料

Preparation of Polylactide/Graphene Composites From Liquid-Phase Exfoliated Graphite Sheets Xianye Li,1Yinghong Xiao,2Anne Bergeret,3Marc Longerey,3Jianfei Che1 1Key Laboratory of Soft Chemistry and Functional Materials,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094,China 2Jiangsu Collaborative Innovation Center of Biomedical Functional Materials,Jiangsu Key Laboratory of Biomedical Materials,College of Chemistry and Materials Science,Nanjing Normal University, Nanjing210046,China 3Materials Center,Ales School of Mines,30319Ales Cedex,France Polylactide(PLA)/graphene nanocomposites were pre-pared by a facile and low-cost method of solution-blending of PLA with liquid-phase exfoliated graphene using chloroform as a mutual solvent.Transmission electron microscopy(TEM)was used to observe the structure and morphology of the exfoliated graphene. The dispersion of graphene in PLA matrix was exam-ined by scanning electron microscope,X-ray diffrac-tion,and TEM.FTIR spectrum and the relatively low I D/I G ratio in Raman spectroscopy indicate that the structure of graphene sheets(GSs)is intact and can act as good reinforcement fillers in PLA matrix.Ther-mogravimetric analysis and dynamic mechanical analy-sis reveal that the addition of GSs greatly improves the thermal stability of PLA/GSs nanocomposites.More-over,tensile strength of PLA/GSs nanocomposites is much higher than that of PLA homopolymer,increasing from36.64(pure PLA)up to51.14MPa(PLA/GSs-1.0). https://www.sodocs.net/doc/c914706733.html,POS.,35:396–403,2014.V C2013Society of Plastics Engineers INTRODUCTION Polylactide(PLA),a renewable,sustainable,biode-gradable,and eco-friendly thermoplastic polyester,has balanced properties of mechanical strength[1],thermal plasticity[2],and compostibility for short-term commod-ity applications[3,4].It is currently considered as a promising polymer for various end-use applications for disposable and degradable plastic products[5–8].Never-theless,improvement in thermal and mechanical proper-ties of PLA is still needed to pursue commercial success. To achieve high performance of PLA,many studies on PLA-based nanocomposites have been performed by incorporating nanoparticles,such as clays[9,10],carbon nanotubes[11–13],and hydroxyapatite[14].However, research on PLA-based nanocomposites containing gra-phene sheets(GSs)or graphite nanoplatelets has just started[15–17].GSs exhibit unique structural features and physical properties.It has been known that GSs have excellent mechanical strength(Young’s modulus of1,060 GPa)[18],electrical conductivity of104S/cm[19],high specific surface area of2,630m2/g[20],and thermal sta-bility[21].Polymer nanocomposites based on graphene show substantial property enhancement at much lower fil-ler loadings than polymer composites with conventional micron-scale fillers,such as glass[22]or carbon fibers [23],which ultimately results in lower filler ratio and simple processing.Moreover,the multifunctional property enhancement of nanocomposites may create new applica-tions of polymers. However,the incorporation of graphene into PLA matrix is restricted by cost and yield.Although the weak interactions that hold GSs together in graphite allow them to slide readily over each other,the numerous weak bonds make it difficult to separate GSs homogeneously in sol-vents and polymer matrices[24].Many methods have been reported for exfoliation of graphite,such as interca-lation with alkali metals[25]or oxidation in strong acidic conditions[26–29].Recently,exfoliation of graphite in liquid-phase was found to be able to give oxide-free GSs with high quality and yield at relatively low cost[30–35]. Correspondence to:Y.H.Xiao;e-mail:yhxiao@https://www.sodocs.net/doc/c914706733.html, or J.F.Che; e-mail:xiaoche@https://www.sodocs.net/doc/c914706733.html, Contract grant sponsor:Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China;contract grant number: 20123219110010;contract grant sponsor:Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China;contract grant number:BK2012845;contract grant sponsors:Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD),contract grant sponsor:Financial support for short visit from Ales School of Mines,France. DOI10.1002/pc.22673 Published online in Wiley Online Library(https://www.sodocs.net/doc/c914706733.html,). V C2013Society of Plastics Engineers POLYMER COMPOSITES—2014

石墨烯材料

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，发现把其边缘的羧基修饰上十八胺时后，其稳定性增加[48-50。用异氰酸酯处理石墨烯时，表面的羟基和边缘的羧基会形成酰胺和氨基甲酸酯。氧化石墨烯的羧基与聚乙烯醇(P、後)的羟基酯化也实现了合成GO与聚合物的复合片层。另一方面，石墨烯表面的环氧基团可以接受亲核试剂(如离子液体1-(3-aminopropyl)-3-methylimidazolium bromide或APTS) 的进攻而发生开环反应。同样，rGO可以用重氮盐(如SDBS)共价功能化，使之在多种极性有机溶剂中具有很好的分散性。此外，由环加成反应将氮烯体系和碳碳双键连接，使苯基丙氨酸和迭氮三甲基硅烷等许多有机官能团引入石墨烯表面。与共价功能化相比，非共价功能化是基于rGO与稳定剂间的范德华力或相互作用。这种修饰不仅对石墨烯的结构破坏更小，而且为调控其溶解度和电子性质提供了便利。在氧化石墨烯的氨水溶液中，加入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)后，再用水合肼还原，人们第一次制得了非共价修饰的可分散石墨烯。在这项工作中，PSS的疏水端与rGO发生吸附，阻碍了rGO的团聚。并且PSS 的另一端是亲水性的，这就使1<30．PSS在水中可以稳定分散。此外，通过与生物分子的

石墨烯纳米片调控生物可降解PLAPBAT共混物的形态结构和性能

石墨烯纳米片调控生物可降解PLA/PBAT共混物的形态结构和性 能 聚乳酸(PLA)是一种重要的生物基可降解塑料,由于其易加工、机械强度高等优异性能,在替代石油基非降解塑料方面具有巨大的潜力。尽管如此,PLA存在韧性差、热稳定性差等缺点,限制了其应用。 将PLA与生物可降解的柔性树脂聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)共混,可以在不牺牲其生物降解性的前提下提高其韧性。然而,PLA和PBAT不相容,导致其相界面结合弱,力学性能差。 添加纳米填料是调控PLA/PBAT共混物形态结构和性能最有效的方式之一。本论文通过引入石墨烯纳米片(GNP)来调控PLA/PBAT的形态结构与性能。 主要结果如下:(1)GNP对PLA/PBAT形态结构和性能的影响。首先采用溶液法制备PLA/GNP母料,再通过熔融共混制备了 PLA/PBAT/GNP纳米复合材料。 透射电镜(TEM)结果表明,PLA与PBAT不相容,呈“海-岛”状分布;GNP主要分布于PBAT相,出现明显的团聚;随着GNP含量的增加,PBAT相开始变形,尺寸变大。拉伸试验结果表明,PBAT对PLA具有增韧效果,而GNP的加入在保持 PLA/PBATi共混物拉伸强度和拉伸模量不变的情况下,进一步提升其韧性,断裂伸长率最大提高了23%。 利用差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)对PLA结,品行为和结晶性能进行了研究。结果表明,PBAT和GNP的加入促进了 PLA结晶。 热重分析(TGA)-表明,GNP的引入提高了 PLA/PBAT的热稳定性。流变性能测试表明,随着GNP的加入,共混物的储能模量和复数黏度均有所增加。 (2)PEO对GN P的分散性以及PLA/PBAT/GNP纳米复介材料性能的影响。为

水热合成Fe2O3石墨烯纳米复合材料及其电化学性能研究

常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期：2012-09-05 作者简介：季红梅（1982—），女，江苏启东人，讲师，工学硕士，研究方向：无机功能材料．水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1，于湧涛2，王露1，王静1，杨刚1 （1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；2.吉林石化公司研究院，吉林吉林132021） 摘要：利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯（RGO ）锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明，180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中，初始放电比容量为1023.6mAh/g （电流密度为40mA/g ），电流密度增加到800mA/g 时，放电比容量维持在406.6 mAh/g ，大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词：Fe 2O 3；石墨烯；负极材料中图分类号：TM911文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2012）10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后，金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物，理论容量为1005mAh/g ，远高于石墨类材料的理论比容量，已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来，石墨烯由于其高的电传导性，大的比表面积，良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合，提升材料的电化学性能.比如，Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料，改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4，Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究，本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料，并研究了其电化学性能，合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境，并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺（C 6H 12N 2）；无水三氯化铁（FeCl 3）；石墨；硝酸钠（NaNO 3）；浓硫酸（H 2SO 4）；高锰酸钾（KMnO 4）；双氧水（H 2O 2）和盐酸（HCl ），以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜；日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪；德国Bruker Vector 22红外光谱仪；日本JEOL-2000CX 透射电镜；美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪；LAND 电池

《石墨烯相关知识》word版

石墨烯 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的 平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在 实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸 收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其 电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10- 6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料（仅限常温下，肯定 比不过超导）。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论 才能描绘。石墨烯被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件 或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明 触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢 晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的 graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯 内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶 格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时， 不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常 温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。 石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边 形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。 石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月， 佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并 观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路. 发现历史 在本质上，石墨烯是分离出来的单原子层平面石墨。按照这说法，自从20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，V. Kohlschütter 和 P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。1948年，G. Ruess 和 F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微 镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）图像。

石墨烯复合材料

石墨烯复合材料 石墨烯是单层碳原子通过sp2杂化形成的蜂窝点阵结构，属于二维原子晶体，此独特的空间结构，给石墨烯带来了优异的电学、力学、热学和比表面积大等性质。但是二维石墨烯由于片层之间具有较强的π-π作用和范德华力，使得石墨烯容易聚集形成石墨，限制了石墨烯在各个领域中的应用。因此，为了防止石墨烯的聚集和拓展石墨烯的应用，科研工作者将石墨烯与高分子或者无机纳米粒子进行复合，从而得到具有优异性能的复合材料。石墨烯的复合材料具有化学稳定性高、比表面积大，易回收等特点，在环境治理方面受到了科学家的青睐。 一、石墨烯复合材料的分类和制备 1、石墨烯-高分子复合材料 石墨烯-高分子复合材料，石墨烯的独特的结构和性能，对于改善高分子的导电性、热性能和吸附能力等方面有非常大的应用价值。制备石墨烯-高分复合材料最直接的方法是将高分子溶液与石墨烯的溶液混合，其中高分子和填充物在溶剂中的溶解能力是保证最佳分散度的重要因素。因此，在溶液混合时，可以将石墨基质表面功能化来提高它在多种溶剂中的溶解度。例如，异氰酸

苯酯修饰的GO在在聚苯乙烯的DMF溶液中表现出了较好的溶解度。 2、石墨烯-无机纳米粒子复合材料 无机纳米粒子存在着易于团簇的问题，并且选择合适的载体也是其广泛应用需要解决的问题。石墨烯具有多种优异的性能，并且具有较大的比表面积，可以成为无机纳米材料的载体。无机纳米粒子可以将易于团簇的石墨烯片层分开，防止团簇，从而两者形成石墨烯-无机纳米粒子新型的复合材料，这些材料广泛的应用于检测、催化和气体存储等方面。目前已报道的有负载的金属纳米粒子Ag、Au、氧化物纳米粒子ZnO和Fe3O4等。 3、其它石墨烯复合材料 石墨烯不仅仅可以和高分子、无机纳米材料复合，还可以同时结合高分子、纳米粒子和碳基材料中的一种或者两种，形成多元的含有石墨烯的复合材料。这类材料具有多功能性，用于超级电容器或者传感器等。 二、石墨烯复合材料在水治理的应用 1、吸附作用 碳材料中活性碳和碳纳米管被广泛的应用于水净化领域，将石墨烯与其它化合物进行复合，这些复合材料在吸附污染物上有非常高的效率，可以应用于染料、多芳香环烃和汽油的吸附。比如利用磁性-壳聚糖-石墨烯的复合材料可以大大提高去除溶液中的亚甲基蓝的效率，吸附能力达到

高分子_石墨烯纳米复合材料研究进展

高分子／石墨烯纳米复合材料研究进展 高秋菊１，夏绍灵１，２＊ ，邹文俊１，彭　进１，曹少魁２ （１．河南工业大学材料科学与工程学院，郑州　４５０００１；２．郑州大学材料科学与工程学院，郑州　４５００５２ ）收稿：２０１２－０１－０９；修回：２０１２－０４－ ２４；基金项目：郑州科技攻关项目（０９１０ＳＧＹＧ２３２５８－ １）；作者简介：高秋菊（１９８４—），女，硕士研究生，主要从事高分子复合材料的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｑｉｕｊ ｕ２００８＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；＊通讯联系人，Ｔｅｌ：０３７１－６７７５８７２２；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｌｉｎｇ ＿ｘｉａ＠ｈａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 摘要： 石墨烯以其优异的力学、光学、电学和热学性能，得到日益广泛的关注和研究。本文介绍了石墨烯的结构、性能和特点，并对石墨烯的改性方法进行了概括。本文着重综述了高分子／石墨烯纳米复合材料的研究现状和进展，并介绍了高分子／石墨烯纳米复合材料的三种制备方法，即原位插层聚合法、溶液插层法和熔融插层法。此外，还对高分子／石墨烯纳米复合材料的应用前景进行了展望，并对石墨烯复合材料研究存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。 关键词：石墨烯；高分子；纳米复合材料；研究进展 引言 石墨烯是以ｓｐ２ 杂化连接的碳原子层构成的二维材料， 其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具 有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯比钻石还坚硬， 强度比世界上最好的钢铁还高１００倍［１］ 。石墨烯还具有特殊的电光热特性， 包括室温下高速的电子迁移率、 半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度，被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛 的应用前景［ ２］ 。石墨烯是一种疏松物质，在高分子基体中易团聚，而且石墨烯本身不亲油、不亲水，在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合，尤其是纳米复合。因而，很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究，以提高石墨烯和高分子基体的亲和性，从而得到优异的复合效应。 １　石墨烯的改性方法 １．１　化学改性石墨烯 该方法基于改性Ｈｕｍｍｅｒｓ法［３］ 。首先，由天然石墨制得石墨氧化物， 再通过几种化学方法获得可溶性石墨烯。其化学方法包括：氧化石墨在稳定介质中的还原［４］、通过羧基酰胺化的共价改性［５］ 、还原氧化石墨烯的非共价功能化［ ６］、环氧基的亲核取代［７］、重氮基盐的耦合［８］ 等。此外，还出现了对石墨烯的氨基化［９］、酯化［１０］、异氰酸酯［１１］ 改性等。用化学功能化的方法对石墨烯进行改性，不仅可以提高其溶解性 和加工性能，还可以增强有机高分子间的相互作用。１．２　电化学改性石墨烯 利用离子液体对石墨烯进行电化学改性已见报道［１２］ 。用电化学的方法，使石墨变成用化学改性石 墨烯的胶体悬浮体。石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离混合物中。以１０～２０Ｖ的恒定电 · ７８·　第９期 高 分 子 通 报

石墨烯复合材料的研究及其应用

石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。

石墨烯(论文)

石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究 内蒙古工业大学化学工程与工艺徐涛 010051 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, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的碳! 热潮。分析了近1 年来发表在Science、Nature 等期刊上的关于石墨烯的论文, 对石墨烯制备、表征及应用方面的最新进展进行了综述, 并对各种制备技术及表征手段进行了分析评价。 关键字: 石墨烯, 制备, 表征, 应用, 石墨烯氧化石墨烯(GO) 功能化石墨烯传感器 碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料, 它可以形成硬度较大的金刚石, 也可以形成较软的石墨. 近20 年来, 碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域, 1985 年发现的富勒烯[1]和1991 年

发现的碳纳米管(CNTs)[2]均引起了巨大的反响, 兴起了研究热潮. 2004 年, Manchester 大学的Geim 小组[3]首次用机械剥离法获得 了单层或薄层的新型二维原子晶体——石墨烯. 石墨烯的发现, 充 实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨 烯到三维的金刚石和石墨的完整体系. 石墨烯是由碳原子以sp2 杂 化连接的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的 苯六元环, 其理论厚度仅为0.35 nm, 是目前所发现的最薄的二维材料[3]. 石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元, 可以翘曲变成零维 的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs[4-5]或者堆垛成三维的石墨(图1). 这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象, 使石墨烯表现出许多 优异的物理化学性质, 如石墨烯的强度是已测试材料中最高的, 达130 GPa[6], 是钢的100 多倍; 其载流子迁移率达1.5×104 cm2〃V-1〃s-1 [7], 是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2 倍, 超过商用硅片迁移率的10 倍, 在特定条件下(如低温骤冷等), 其迁移率甚至可高达2.5×105 石墨烯的热导率可达5×103W〃m-1〃K-1, 是金刚石的3 倍[. 另外, 石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall effect)[10]及室温铁磁性[11]等特殊性质. 石墨烯的这些优异性引 起科技界新一轮的“碳”研究热潮, 已有一些综述性文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道.,本文仅根据现有的文献报道对石墨烯 的制备方法、功能化以及在化学领域中的应用作一综述

石墨烯在复合材料中的应用

石墨烯在复合材料中的应用 龚欣 （东南大学机械工程学院南京211189） 摘要：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料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景． 关键词：石墨烯纳米复合材料 2004年至今, 关于石墨烯的研究成果已在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文, 石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点．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．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述． 一、基于石墨烯的复合物 利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用． 1.1 石墨烯与高聚物的复合物 功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用． 添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg 提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6% 的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件． 石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构．通过还原分散在Nafition膜中

纳米石墨烯的特性以及应用

纳米石墨烯的特性以及应用 摘要：石墨烯是指从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。在石墨烯中，碳原子之间以σ键相连接，这些σ键赋予了石墨烯极其强大的机械性能；同时，由于碳原子的结合方式为SP2杂化，因此每个碳原子都有一个孤电子，从而赋予了其优秀的导电性。而近年来，纳米石墨烯以及其氧化物，由于自身良好的生物相容性以及较大的表面积，在生物医药等领域的应用取得了极大的进展，本文将简述石墨烯以及其氧化物的特性，并举例分析其在生物载药工厂中的作用。 关键词：纳米石墨烯；纳米氧化石墨烯；生物医药；药物传递 一．纳米石墨烯以及氧化纳米石墨烯自身特性 1.1 纳米石墨烯自身特性 纳米石墨烯与石墨烯的概念容易混淆，但本质上是同一个物质。纳米石墨烯代表的是厚度在纳米级别的石墨烯。一般程度上严格定义的石墨烯都是单层的，而纳米石墨烯则有可能是多层的。纳米石墨烯常常被称为石墨烯纳米片，也被称为碳纳米片（ CNFs ）或碳纳米壁（ CNWs）。人们所熟悉的富勒烯，碳纳米管，石墨等碳材料，本质的基础单元就是石墨烯。 石墨烯最迷人的地方在于它的纯粹。单层原子的结构使得石墨烯具有极薄的性质，但由于碳原子之间强韧的σ键以及整个二维晶体平面的拉伸性能，使得石墨烯同时具有了非常高的强度性能，杨氏模量为1100Gpa，而断裂强度则达到惊人的125Gpa，这样的机械性能使得石墨烯几乎可以被利用在任何需要高强度材料的领域。 而与此同时，石墨烯二维晶体表面流动的孤电子赋予了它优越的导电性能。由于自身电阻率非常小，石墨烯被视为下一个可以取代“硅”的导电原材料，人们希望能制备出具有更高性能的现代计算机芯片或处理器。 1.2 氧化纳米石墨烯自身特性 氧化纳米石墨烯，英文缩写为GO，顾名思义是石墨烯的氧化物。氧化石墨烯保留了原有的层状结构，通过强氧化剂（例如高锰酸钾）开环，使得部分双键断裂，引入了许多含氧的官能团，例如羧基，羟基，环氧基等。这些活泼的含氧功能团赋予了石墨烯更为活泼的性能。

石墨烯及其纳米复合材料发展.

河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日

摘要 自从2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。 石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。 但是，因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力，导致其很容易堆积团聚，在一般溶剂中的分散性很差，所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文，分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词：石墨烯纳米材料制备复合材料