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
目录
第一部分.........................石墨烯的性质
第二部分........................石墨烯的制备方法第三部分........................石墨烯的研究成果第四部分........................石墨烯的应用前景第五部分........................参考文献
第一部分石墨烯的性质
1、力学性质
石墨烯受到外部作用力时，碳原子面可以通过弯曲形变使其适应外力而不需重新排列，这种原子间的柔韧性连接可以有效的保持石墨烯结构的稳定。Lee等研究发现:世界上目前己知的强度最高的材料就是石墨烯。用金刚石探针对石墨烯施加作用力，研究表明，每1OOnm 的石墨烯可以承受的最大压力达到2.9μm。
2、热学性质
石墨烯是一种稳定材料。导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石石墨烯的发现震撼了凝聚态物理的研究领域，打破了“在有限温度下，热力学涨落不允许任何二维晶体存在”的理论。这归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲，其表面有很多微小的起伏，自由悬浮的石墨烯表面存在褶皱，或边缘卷曲。这样看来，石墨烯的存在与理论并不矛盾。
图1.1石墨烯的原子结构和电子结构：(a)石墨烯翘曲成零维富勒烯，卷成一维碳纳米管或堆砌成三维的石墨，是构成其他石墨材料的基本单元；(b)非支撑单层石墨烯的能带结构[1]
3、电学性质
石墨烯的价带和导带相交于费米能级处，在其附近石墨烯的载流子呈现线性的色散关系(如图1.1a）。石墨烯因此也成为凝聚态物理学中特殊的描述无质量狄拉克费米子的模型体系[2]。这也赋予了石墨烯许多新奇的电学性质，例如，在4K以下的反常量子霍尔效应(anomalous quantum hall effects)、室温下的量子霍尔效应、双极性电场效(ambipolar electric field effects)等。石墨烯还具备超强导电能力，常温下其电子迁移率超过15 000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料，所以它还可以作为电极材料使用。
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.
4、光学性质
石墨烯几乎是完全透明的，它只吸收2.3%的光，可以作为液晶显示屏的透明电极。
第二部分石墨烯的制备方法
目前，石墨烯的制备方法有很多种，主要分为机械方法和化学方法两大类。机械方法主要包括：机械分离法和石墨插层法。化学方法包括：化学气相沉积、表面外延生长法和氧化石墨还原法[3]。
1、机械剥离法
2004年安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫就是运用机械剥离法在实验室首次成功制备出了石墨烯。机械分离法就是将石墨烯薄片从较大的石墨晶体上用外力直接剥离下来。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
利用机械剥离法可以得到目前最高质量的石墨烯，从而被广泛用于基础研究以获得石墨烯本征的物理、化学性质。然而机械剥离法耗时长、产率很低、无法控制石墨烯的层数与尺寸，且单层石墨烯分散
于多层石墨烯之中，很难被辨别和分离出来，因此无法用于规模化生产。
2、石墨插层法
石墨插层复合物(GICs)是将一些非碳质的原子、分子、离子甚至原子团通过一定的手段插入到鳞片石墨的层与层之间后形成的一种新的层状化合物。这种新型的化合物在保留了石墨烯优异性能的同时也使其拥有一些新的性质，例如制备的物质具有较高的导电性。并且当其他物质进入石墨片层之间的时候，可以削弱石墨片的层间力，有利于其进一步的剥离。
3、化学气相沉积法
早在20世纪70年代就有用CVD法制备石墨烯的报道，但由于当时科技手段的局限，这种方法制备的石墨烯的质量很难表征清楚。直到2009年J.Kong等人利用CVD法在沉积有多晶Ni膜的硅片基体上制备出大面积少层石墨烯，并成功将产物从集体上完整转移。由于Ni具有较高的溶碳量，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内，在降温时再从其内部吸出成核，进而生长成石墨烯。因此采用Ni膜作为基体生长的石墨烯晶粒尺寸较小，层数不均匀且难以控制。
随后，为了解决CVD法制备的石墨烯的晶粒尺寸小、层数难以控制等问题，Li等人利用甲烷作为碳源，利用铜箔作为基体，制备出以单层为主的大面积石墨烯。由于铜箔的溶碳量低，石墨烯的在其上的生长遵循表面生长机理:高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附在金属表面，进而成核生长出”石墨烯岛”，并通过“石墨烯岛”的二维长大合并得到连续的石墨烯薄膜[4]。因此，采用铜箔为基体制备石墨烯具有良好的可控性，加上铜箔价格低，易于规模化制备等，使得CVD法成为制备均匀单层石墨烯的最佳方法。
4、表面外延生长法
外延生长法是通过加热单晶6H-sic脱除Si，在单晶面上分解出石墨烯片层。Berger等[5]人在高真空下通过电子轰击加热将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品，除去氧化物，从而形成极薄的石墨层，研究结果表明该方法能可控地制备出单层或是多层石墨烯。
5、氧化还原石墨法
氧化还原法是一种常见的制备石墨烯的方法.石墨是一种憎水性物质，经过氧化反应后其氧化物边缘含有经基、竣基，层间含有环氧和梭基等含氧基团，该氧化反应的过程可以使石墨的层间距扩大，由
0.34nm扩大为0.78nm，为下一步工作提供方便.再通过剥离的方法得到只有单原子层厚度的氧化石墨烯，最后通过化学还原反应将氧化石墨烯还原得到石墨烯，其基本流程如图1.2所示[6]。
从流程图中我们可以看出氧化还原法制备石墨烯的过程可以分为三个阶段:第一阶段为氧化反应过程得到氧化石墨;第二个阶段是剥离的过程，得到氧化石墨烯;第三个阶段是还原反应的过程得到石墨烯。
6、电化学还原法
2008年，R. S. Sundaram等人首先用电化学沉积的方法在氧化石墨烯的表面修饰金属纳米粒子，开拓了石墨烯的电化学应用领域。随后，M. Zhou等人利用相似的电化学还原法改性氧化石墨烯的表面，制备了石墨烯。具体操作是将沉积在玻璃或者塑料载体上的氧化石墨烯薄膜置于磷酸钠缓冲溶液中，膜的两端接上电极，接通电源，控制电压为-0.6V~0.87V电化学还原30~120min就可制得石墨烯。
从理论上讲，电化学还原法代替化学还原法制备石墨烯，可以避免毒性还原剂带来的副产物后处理问题。但实验发现，由于还原的氧化石墨烯容易在电极上沉积而阻碍电化学反应的发生，这种方法很难
在大面积的氧化还原石墨烯上进行。除了以上化学还原和热还原法，Ai研究组和Pham研究组分别将氧化石墨烯在高沸点溶剂中直接加热至沸点，也得到了还原的石墨烯;Williarris等人在紫外光作用下制备了石墨烯[7]。
第三部分石墨烯的研究成果
1、国内研究成果
2012年，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的纳米物理与器件实验室张广宇课题组,利用自制的远程电感耦合等离子体系统,首次在多种基底(半导体、金属、绝缘体等表面)上实现了纳米石墨烯膜的低温直接生长,研究了膜的输运及光学性能。该组张广宇研究员、时东霞研究员、博士生何聪丽等将这种直接生长的纳米石墨
烯膜用于低成本RRAM器件的研究。
纳米石墨烯作为电极用于RRAM平面结构器件的研究有以下几个优点:1)易于制备。此方法在SiO2/Si衬底上直接低温生长纳米石墨烯膜,避免了转移的复杂步骤。2)电阻率可调。该方法生长的纳米石墨烯膜
电阻率可以通过控制生长条件来控制。3)器件加工兼容性。该两端器
件制备过程全是基于现有的标准的曝光与刻蚀技术,与现有CMOS工艺
兼容。4)大面积可集成。此方法生长的纳米石墨烯膜可以均匀的沉积
到4英寸的衬底上,在开发大规模、低成本的非易失性存储器方面具有优势。
2014年，中国石油大学（华东）理学院研究生陶叶晗等发现多孔石墨烯PG-ES薄膜可高效将氢气从混合气体中分离出来，并利用“能
量势垒”的模型阐述了分离原理。专家认为，此研究成果有望推动新
型气体分离膜工艺的研发和技术革，并在产业化推广中具有潜在的应
用价值。
据介绍，氢能作为目前最具发展潜力的清洁能源，但其分离与提
纯方法是当前制约氢能广泛应用的关键问题。陶叶晗等发现，孔洞石
墨烯具有较易控制的孔结构。该团队采用计算机模拟方法，研究不同
结构及条件下，石墨烯对不同气体分子的选择性吸附和分离的影响，
进而探索石墨烯在气体分离方面的应用。这种理论对设计新型高效的
氢气分离膜具有重要意义。
2、国外研究成果
2009年11月日本东北大学与会津大学通过合作研究发现，石墨烯可产生太赫兹光的电磁波。研究人员在硅衬底上制作了石墨烯薄膜，将红外线照射到石墨烯薄膜上，只需很短时间就能放射出太赫兹光。如果今后能够继续改进技术，使光源强度进一步增大，将开发出高性能的激光器。
2010年，美国莱斯大学利用该石墨烯量子点，制作单分子传感器。莱斯大学将石墨烯薄片与单层氦键合，形成石墨烷。石墨烷是绝缘体。氦使石墨烯由导体变换成为绝缘体。研究人员移除石墨烯薄片两面的氦原子岛，就形成了被石墨烷绝缘体包围的、微小的导电的石墨烯阱。该导电的石墨烯阱就可作为量子阱。量子点的半导体特性要优于体硅材料器件。这一技术可用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等。
2013年，来自荷兰Aalto大学的一项研究称，科学家们成功展示了如何利用单个化学键在石墨烯纳米带上建立电触头。石墨烯是一种蜂窝晶格状排列的碳原子单层物质材料，近年来被科学家们看好其在电子领域的无限前景。
室温下工作的石墨烯晶体管需要小于10纳米尺寸的工作条件，这就意味着石墨烯纳米结构需满足仅十来个原子的宽度要求;这些晶体管需要原子级精度的电触头。研究团队结合显微镜实验和理论模拟，绘制出了详细的触头纳米带性能图，最显著的发现就是单个的化学键在石墨烯纳米带上形成了透明的电触头，而该触头又不会影响纳米带的整体电子结构。这一点对于将来石墨烯纳米结构的应用或许是关键的一步。
第四部分石墨烯的应用前景
科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料。石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊，一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。这使它
在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。
此外，石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在，这个角色还在由硅担当，但硅的时代似乎就要结束。2013年10月，IBM的一个研究小组首次披露了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性。
IBM还宣布，通过重叠2层相当于石墨单原子层的“石墨烯(Graphene)”，试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f。石墨烯，试制成功了相同的晶体管，不过与预计的相反，发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合，从而控制噪音。
石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。
参考文献
[1]Geim A K, Macdonald A H. The rise of graphene. Physics Today, 2007, 60, 35~41
[2] Novoselov K S, Geim A K, eds. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene.Nature, 2005, 438:197-200
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[4]Lei Y., Tang Z. H., Liao R. J., et al., Green Chem.，2011，13, 1655.
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[6]马晓平. 石墨烯的化学气相沉积法制备[D].浙江大学,2013
[7]李晶. 高分散性石墨烯的制备[D].上海交通大学,2013.
石墨烯报告 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义 “中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 图1 石墨烯的分类 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展历程： 图2 石墨烯的发展历程 (二)石墨烯性质
石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质，有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造” 的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的时代”。 相比于现有材料，石墨烯拥有众多“史上最强”性能。 超强导电性：由于石墨烯拥有完美的“二维”平面晶格结构，因此电子在晶格中移动时，不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。另外，由于石墨烯中碳原子之间作用力很强，使得运动中的电子受到的干扰极小，即使在周围碳原子发生碰撞时也是如此，因此电子具有非常快的运动速度（能够达到光速1/300），远远超过了电子在其他金属导体或半导体中的运动速度，正因如此，石墨烯拥有超强的导电性能。 超高强度：石墨烯的硬度高于金刚石，是目前为止人类已知的硬度最高的物质。由于高的硬度，石墨烯拥有很高的强度，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。而同时它又拥有很好的韧性，且可以弯曲。 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可3500w/m·k，各种金属中导热系数相对较高的有银、金、铜、铝。而单层石墨烯的导热系数可达5300w/m·k。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。 超大比表面积：由于单层石墨烯只有一个碳原子厚（0.335nm），所以石墨烯拥有超大的比表面积。在理想情况下，单层石墨烯的比表面积能够达2630m2/g，而目前普通的活性炭的比表面积为1500 m2/g，石墨烯这种比表面积超大的特性使它在储能领域的应用潜力巨大。 图3 石墨烯史上最强性能 除此之外，石墨烯还有众多“独特”的特点： 图4 石墨烯独特性质
对石墨烯产业化现状和未来趋势的认识 ■ 文/姚 磊 北京碳世纪科技有限公司 近几年，石墨烯学术和产业界的许多专家学者已经针对石墨烯卓越的特性及广阔的应用前景，进行了细致、精彩的研究和解读。在此，笔者仅就北京碳世纪科技有限公司（以下简称“碳世纪”）在石墨烯产业化进程中遇到的机会和挑战进行分析。碳世纪主要采用化学法制备石墨烯，笔者本文所谈对石墨烯的认识和理解，也是基于化学法制备的石墨烯而言。另外，笔者在此声明，碳世纪有其特殊性，所遇到的问题不一定具备普遍性。 一、对石墨烯产业化的认识 1.现阶段石墨烯产业化需要的人才 自2004年石墨烯被发现到现在，科学界和产业界对这一新材料的研究已有近10年时间，但石墨烯产业真正的爆发是在近几年，特别是2010年石墨烯发明者获得诺贝尔奖以后。目前，在石墨烯领域还有大量相关工作需要突破，但同时也有大量应用研究成果随之而出，初步具备了产业化的可能性。 现阶段，在技术研发方面需要一 批具备“科学家的头脑、工程师的双 手”、既对石墨烯的性质有着深刻认 识，又对下游应用产品有着良好感觉 的人来完成开创期最关键、最艰难的 几步。 与此同时，产业还需要一些非技 术人员配合技术团队工作。目前，石墨 烯企业还没有发展到靠优厚的薪资来 吸引高素质管理人才加盟的程度。此 时，石墨烯行业的非技术团队更需要 一群乐观、对未来充满希望、不安于现 状、愿意为明天赌一把的人来支撑。 2.石墨烯的界定问题 石墨烯毕竟是微观世界中的纳 米材料。目前，业界还没有一个统一的 标准来界定什么是“石墨烯”。而且，估 计在很长一段时期内这样的标准也难 以出台。科研领域，讲究的是严谨和准 确；产业领域，讲究的是效率和结果。 如何抚平科学和技术之间的鸿 沟？现阶段，不必过多争论什么是石 墨烯。当下的重点工作是在保证能大 规模制备出高质量石墨烯的前提下， 将精力更多地向应用开发倾斜。石墨 烯具备能够很好促进其他材料提升性 能的纳米结构，可以在不破坏材料原 有基础性能的前提下，极大程度提升 该材料某些特殊性能。这一过程，主要 是通过对石墨烯和其他材料复合的方 式及对石墨烯片径的控制来实现。 “要做有用的石墨烯，而不是纯粹 的石墨烯。”化学法制备的石墨烯具备 上述特质。 3.石墨烯产业化过程中遇到的问题 目前，碳世纪已经有3款石墨烯 应用产品走出了实验室，开始进入示 范生产阶段。这3款产品分别是石墨 烯改性超级电容器用储能活性碳、石 墨烯改性高密度聚乙烯（H D P E），以 及一款目前还属保密阶段的产品。现 仅就石墨烯改性超级电容器用活性碳 为例，谈谈碳世纪对石墨烯应用的认 识和在产业化过程中遇到的问题。 活性炭是超级电容器电级材料的 主要组成部分。目前，应用在储能方面 新材料产业NO.11 201429
石墨烯用作锂电负极产业化前景渺茫 2015-06-26 作者： 自从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)二人因为“二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖之后，任何与石墨烯有关的新闻或者研究成果都受到了人们极大的关注。最近两年，石墨烯相关“产业”在国内也是如火如荼，与石墨烯有关的数十支概念股一再被爆炒。 国际上当然也没闲着，比如一则轰动性的新闻报道宣称：西班牙Graphenano公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而充电时间不到8分钟。 Graphenano公司相关负责人称，虽然此电池具有各种优良的性能，但成本并不高，该电池的成本将比一般锂离子电池低77%，完全在消费者承受范围之内。 这则消息在国内被很多媒体转载报道，在新能源汽车界和锂电界引起了很大反响。最近有不少朋友询问笔者：“会做石墨烯电池吗?石墨烯电池前景如何?什么时候量产?”笔者相信，很多锂电界同仁也有类似的问题。并不是所有人都有电化学或者材料学背景，关注石墨烯电池也可能是出于不同目的，所以他们都不会问一个最基本的问题：什么是石墨烯电池? 在本文中，笔者希望能够揭开笼罩在石墨烯电池上面的神秘面纱，让大家真正了解石墨烯在电化学储能方面的应用价值，而不是被一些非专业的记者或者炒作者蒙蔽，即便真相也许并不是那么鼓舞人心。 什么是石墨烯?先来看看维基百科的定义：“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道?成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一??碳原子厚度的二?材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它?缀跏峭耆?该鞯模?晃??.3%的光;导热系?蹈哌_5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8俜m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。”
摘要：2013年1月，石墨烯入选欧盟两项“未来和新兴技术旗舰项目”之一（另一项为“人类大脑工程”），欧盟委员会计划在未来十年投入10亿欧元开展石墨烯应用技术研发与产业化，再一次激起了各界对这一革命性材料的关注。 关键字：石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;技术转化;产业化 石墨烯（Graphene）又称单层墨，是一种新型的二维纳米材料，也是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。因其特殊纳米结构和优异的物理化学性能，石墨烯在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。英国两位科学家因发现从石墨中有效分离石墨烯的方法而获得2010年诺贝尔奖，引起了科学界和产业界的高度关注，石墨烯相关专利开始呈现爆发式增长（2010年353件，2012年达1829件）。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术研发作为长期战略予以重点关注，美国、欧盟各国和日本等国家相继开展了大量石墨烯研发计划和项目。总体看来，石墨烯技术开始进入快速成长期，并迅速向技术成熟期跨越。全球石墨烯技术研发布局竞争日趋激烈，各国的技术优势正在逐步形成，但总体竞争格局还未完全形成。具体发展态势如下： 态势一：制备与改性的突破为产业化提供了技术支撑 一方面，石墨烯制备技术取得突破。石墨烯制备技术与设备是石墨烯生产的基础。一直以来，石墨烯大规模制备技术是阻碍其产业化的最重要因素。近来，石墨烯制备技术取得了若干突破，目前已形成自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）两种途径，开发出了从简易低成本制造到大面积量产工艺的多种方法，包括：机械剥离、氧化还原法、化学气象沉积（CVD）、外延生长、有机合成、液相剥离等。这些方法各有优缺点，需要根据不同的需求进行选择（表1）。其中，氧化还原法因成本低且易实现，有望成为最具发展前景的制备方法之一。同时，各种方法
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
关于材料破坏方式 材料破坏是一种材料疲劳后的结果。 人类所知的所有材料形形色色千奇百怪，从各个方面可以分类成各种不同的种类。比如：固体、液体、液晶体；固体、乳浊液、清浊液、液体；金属、非金属；诸如此类的高分子材料，纳米材料，有机材料，无机材料，生物材料，非生物材料 作为材料科学，材料的物理性质按照性质大体分为韧性材料、脆性材料；材料学上，人们用几个特定的物理量来定义显示材料的各项性能指标，如：弹性模量、泊松比、密度、屈服模量、剪切模量、摩擦系数、膨胀系数、热应变、阻尼系数、比热容、热焓等等。然后进行一定的理想假设根据材料的具体特性和结构得到比较符合实际的理想材料模型，比如，双线性随动强化模型、双线性等向强化模型、多线性随动强化模型、多线性等向强化模型；材料结构性质性质模型，比如，杆件、梁、壳、体、管道、弹簧。 在宏观上，材料发生破坏的原因大体上归结为四个破坏准则。在微观上的破坏归结为共价键或者其他的键得到能量断裂从而发生破坏。本篇文章主要从微观入手一直到宏观结束，构想材料的破坏历程顺序。 目前来讲，构成物质的最基本粒子是夸克（如果考虑反物质会存在反夸克，此不赘述）。夸克构成质子、电子、中子。质子、电子、中子构成原子。原子组成单质物质以及分子物质。物质分为晶体、非晶体、液晶体。对于晶体大体分为离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体。晶体的粒子规则整齐地排列。 离子晶体之间存在较强的离子键，离子晶体的硬度比较大、难于压缩；分子晶体存在分子之间作用力（范德华力），一般来说分子量越大范德华力越大。但是分子间的作用力比起化学键弱得多。但是有些氢化物（HF、冰、氨）通过氢键的作用，发生破坏的能量就要消耗的多一些；原子晶体（二氧化硅、金刚石）通过共价键结合生成空间规则的网状结构具有非常大的硬度；金属晶体（除汞以外）中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密的堆积着，原子周围有许多的电子围绕。金属离子与自由电子存在较强作用。金属存在不同程度的延展性。 石墨晶体(下图左)是一种层状结构，每层原子是整六边形的碳原子排列而成。层与层之间以范德华力结合。 对于单层石墨晶体就成为石墨烯(上图右)。石墨烯是以三个碳原子SP2杂化而成的正六边形二维结构。剩余一个电子与其他电子形成类似于骈苯的大π键。如此结构造就了石墨烯当前最强的度（111Gpa抗压、0.5tpa的弹性模量）。 对于材料破坏的大体过程大致可分为：键长变化、分子（原子）滑移、共价键重组、断裂四个阶段。不同属性的材料有着不同的过程。比如钢，在受到外拉力作用时，金属晶体内部原子核与电子之间的距离在平行与拉力方向加长，库仑力减小。去掉外力，在库伦力下重新回到原来位置。当某两个原子之间的距离增加到一定距离而其中一个与另外一个的距离逐渐逼近时，原子就会滑落到新的位置达到平衡，即原子滑移。材料不断承受外力载荷下不断滑移，在材料面积较小的部分原子滑移的速度快，从而在滑移过程中原子试图以滑移产生位移来满足外力。有些高分子合成材料(如橡胶)受到外力是的第一反应是发生翘曲。过程如下：
２０１８年石墨烯产业发展现状分析报告
目录 一 产业概况 （一）产业规模 （二）产业链分析 １． 产业链上游 ２． 产业链中游 ３． 产业链下游 （三）石墨烯产业区域分布 １． 石墨烯产业全球分布 ２． 我国石墨烯产业区域分布 （四）国内外重点企业动态 二 产业技术进展 （一）国外技术进展 （二）国内技术进展 三 产业发展问题及对策建议 （一）石墨烯产业发展存在的问题 （二）政策建议 图表目录 表１ 石墨烯制备方法 表２ 石墨烯应用产品及相关企业 表３ 我国石墨烯主要产区企业分布 表４ 国内主要石墨烯企业动态 表５ 各国石墨烯技术动态 表６ 我国石墨烯技术动态 图１ ２０１１－２０１７年我国石墨烯企业增长情况 图２ 石墨烯技术专利申请数量的年度分析 图３ 我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势图４ 全球石墨烯专利受理地区及机构分析 图５ 我国新注册石墨烯企业地区分布
摘 要：一石墨烯作为最受关注的新材料，２０１７年产业化进程不断加快，但受制于制备技术工艺不成熟二应用市场缺少实质性产 品，石墨烯突破产业化瓶颈尚需时日三与此同时，我国石墨 烯产业在发展过程中逐渐显现出同质化发展的苗头三未来， 需要进一步优化石墨烯产业市场环境，加强政策支撑二服务 支撑二产业支撑，提高石墨烯市场集中度和产业竞争力，以 推动石墨烯产业持续健康发展三 一 产业概况 总体来看，２０１７年石墨烯产业延续了近几年火热的势头，依然是社会关注度最高的新材料，产业规模不断扩大呈爆发式增长势头，技术专利数量快速增长，正在接近实现产业化三但是，从产业生命周期的角度看，石墨烯产业仍处在导入期：大量企业进入二中小企业为主二中上游产业发展速度相对较快二产业下游缺乏具有实质性应用产品，石墨烯产业化道路任重而道远三
2015年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:复合材料专题报告学生所在院（系）:航天学院 学生所在学科:工程力学 学生姓名:刘猛雄 学号:15S018001 学生类别:学术型 考核结果阅卷人
1 石墨烯的制备 (3) 1.1 试剂 (3) 1.2 仪器设备 (3) 1.3 样品制备 (4) 2 石墨烯表征 (4) 2.1 石墨烯表征手段 (4) 2.2 石墨烯热学性能及表征 (6) 2.2.1 石墨烯导热机制 (6) 2.2.2石墨烯热导率的理论预测与数值模拟 (6) 2.2.3 石墨烯导热性能的实验测定 (7) 3 石墨烯力学性能研究 (9) 3.1石墨烯的不平整性和稳定性 (10) 3.2 石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测 (11) 3.3石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性 (12) 3.4 原子尺度缺陷和掺杂等对石墨烯力学性能的影响 (13)
石墨烯的材料与力学性能分析石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点，石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料。2004年Geim等用微机械剥离的方法成功地将石墨层片剥离, 观察到单层石墨层片, 这种单独存在的二维有序碳被科学家们称为石墨烯。2004 年英国科学家首次制备出了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体—石墨烯，其厚度只有0.3354 nm,是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质:强度达130GPa、热导率约5000 J/(m2K2s)、禁带宽度乎为零、载流子迁移率达到23105 cm2/(V2s)、高透明度(约97.7%)、比表面积理论计算值为2630 m2/g,石墨烯的杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)与碳纳米管相当,它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列性质。在过去几年中,石墨烯已经成为了材料科学领域的一个研究热点。为了更好地利用石墨烯的这些特性,研究者采用了多种方法制备石墨烯。随着低成本可化学修饰石墨烯的出现,人们可以更好地利用其特性制备出不同功能的石墨烯复合材料。 1 石墨烯的制备 石墨烯的制备从最早的机械剥离法开始逐渐发展出多种制备方法,如:晶体外延生长法、化学气相沉积法、液相直接剥离法以及高温脱氧和化学还原法等。我国科研工作者较早开展了石墨烯制备的研究工作。化学气相沉积法是一种制备大面积石墨烯的常用方法。目前大多使用烃类气体(如CH4、C2H2、C2H4等)作为前驱体提供碳源，也可以利用固体碳聚体提供碳源,如Sun等利用化学气相沉积法将聚合物薄膜沉积在金属催化剂基体上,制备出高质量层数可控的石墨烯。与化学气相沉积法相比,等离子体增强化学气相沉积法可在更低的沉积温度和更短的反应时间内制备出单层石墨烯。此外晶体外延生长法通过加热单晶6H-SiC 脱除Si,从而得到在SiC表面外延生长的石墨烯。但是SiC晶体表面在高温过程中会发生重构而使得表面结构较为复杂,因此很难获得大面积、厚度均一的石墨烯。而溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点也越来越受研究人员的关注。相比于其他方法，通过有机合成法可以制备无缺陷且具有确定结构的石墨烯纳米带。 1.1 试剂 细鳞片石墨(青岛申墅石墨制品厂,含碳量90%-99.9%，过200 目筛)，高锰酸钾(KMnO4，纯度≥99.5%)，浓硫酸(H2SO4, 纯度95.0%-98.0%)，过氧化氢(H2O2, 纯度≥30%), 浓盐酸(HCl, 纯度36.0%-38.0%)均购自成都市科龙化工试剂厂;氢氧化钠(NaOH, 纯度≥96%)购自天津市致远化学试剂有限公司;水合肼(N2H42H2O, 纯度≥80%)购自成都联合化工试剂研究所. 实验用水为超纯水(>10 MΩ2cm). 1.2 仪器设备 恒温水浴锅(DF-101型,河南予华仪器有限公司), 电子天平(JT2003型,余姚市金诺天平仪器有限公司),真空泵(SHZ-D(Ⅲ)型,巩义市瑞德仪器设备有限公司),超声波清洗器(KQ5200DE型, 昆山市超声仪器有限公司),离心机(CF16RX型, 日本日立公司),数字式pH计(PHS-2C型,上海日岛科学仪器有限公司),超纯水系统(UPT-II-10T型,成都超纯科技有限公司)。
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
石墨烯产业发展现状分析及未来发展建议 一、石墨烯的发展现状 石墨烯是一种具有优异的力学、热学和电学性能的新型碳材料。石墨烯材料的研发涉及国家高新技术材料的产业基础，产业关联涉及新材料、能源、环境、航空航天、国防等领域，对国家的发展起着重要作用，因此，各国政府积极支持石墨烯研发：欧洲联盟2013年启动10亿欧元石墨烯旗舰计划；韩国和英国分别投入3.5亿美元、5000万英镑进行商业化计划；中国已将石墨烯写进《新材料产业“十三五”发展规化》中。 济宁利特纳米技术有限责任公司生产的石墨烯采用改良的HUMMERS法制备，产品测试结果如下： 厚度：0.7-4nm，粒径0.2-50μm，单层率≥99%，纯度≥99%，电导率≥200S/m，比表面积为200-1000m2/g 石墨烯原材料的规模化制备是构筑石墨烯产业链的基础，对开发下游产品有着根本性的作用，对石墨烯的产业化发展起着承上启下的作用。石墨烯行业近两年呈井喷式发展态势，企业和产品已经雨后春笋般大量出现。其中涉足石墨烯下游应用的企业逐渐增多，包括电子领域的高性能芯片、LED、柔性显示屏；能源领域的静电喷漆系统、高性能电池、超级电容器、太阳能电池；航空航天、海洋领域的防护涂料、复合材料、电磁屏蔽材料、隐型材料；环境领域的污水处理、海水淡化、大气污染治理；高强度橡胶、塑料，医药领域的药物输送、临床检测等。 截至2012年石墨烯获得诺贝尔物理学奖后已有2年时间，石墨烯规模化制备的技术瓶颈已逐渐突破，限制石墨烯行业发展的不再是石墨烯的规模性制备，而是如何让制备的石墨烯满足不同应用领域的需求，如何使石墨烯的高性能如高导电性、高导热性、高透光性在应用领域充分发挥。这是目前从事石墨烯材料的研究机构和企业共同面临一个关键性技术问题，同时也是石墨烯行业未来2-3年内需要突破的关键性瓶颈。 目前，国内各石墨烯相关企业纷纷在自身技术优势的基础上，开展石墨烯的下游应用，涉及的领域主要集中在锂离子电池、超级电容器、柔性显示屏、防护涂料、污水处理等几个方面。在这些应用领域中，水污染处理、功能性涂料、锂离子电池三方面的研究最多，也是目前石墨烯应用中较为成熟的。 （一）水污染处理 中国600多个城市都不同程度面临着水源地突发污染事件的威胁，存在水源地安全隐患。近期不断发生的重金属污染突发事件，如2005年珠江支流北江镉污染事故、2006年湖南岳阳砷污染事件、2010年福建紫金矿业重大污染事件、2011年匈牙利铝厂毒泥浆对多瑙
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。
石墨烯材料研究现状及应用前景 崔志强 （重庆文理学院材料与化工学院，重庆永川402160） 摘要：近几年来, 石墨烯材料以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了轰动。本文引用大量最新的参考文献,阐述了石墨烯的制备方法如机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法、石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法等，分析了各种制备方法的优缺点。论述了石墨烯材料在透明电极、传感器、超级电容器、能源储存、复合材料等方面的应用，同时简要分析了石墨烯材料研究的现实意义，展望了其未来的发展前景。 关键词：石墨烯材料；制备方法；现实意义；发展现状；应用前景 中图分类号: TQ323 文献标识码:A 文章编号: Research status and application prospect of graphene materials Cui Zhiqiang (Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160) Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties. Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods. This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development. Keywords: graphene materials; preparation methods; practical significance; development status; application prospect 0 引言 1985 年英美科学家发现富勒烯[1]和1991 年日本物理学家Iijima 发现碳纳米管[2]，加之英国曼彻斯特大学科学家于2004 年成功制备石墨烯[3]之后，金刚石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳系材料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪”出不同形状的薄片，进一步就可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆叠成三维的石墨，如图1 所示[4]。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科学领域的研究热点之一。2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5-6]之后，人们对石墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现。在不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率[7]等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料方面有着很高
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
2021年石墨烯行业现状 及前景趋势
目录 1.石墨烯行业现状 (5) 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 (5) 1.2石墨烯市场规模分析 (7) 1.3石墨烯市场运营情况分析 (7) 2.石墨烯行业存在的问题 (10) 2.1技术问题趋势 (10) 2.2市场问题趋势 (10) 2.3成本问题趋势 (11) 2.4应用市场有待拓展 (11) 2.5标准体系有待完善 (11) 2.6行业服务无序化 (12) 2.7供应链整合度低 (12) 2.8产业结构调整进展缓慢 (13) 2.9供给不足，产业化程度较低 (13) 3.石墨烯行业前景趋势 (14) 3.1石墨烯复合材料种类多样 (14) 3.2性能优良且应用前景广阔 (14) 3.3石墨烯的应用领域十分广泛 (15) 3.4产业资源加速整合 (15) 3.5政策利好 (15)
3.6延伸产业链 (15) 3.7行业协同整合成为趋势 (16) 3.8生态化建设进一步开放 (16) 3.9服务模式多元化 (17) 3.10呈现集群化分布 (17) 3.11需求开拓 (18) 3.12行业发展需突破创新瓶颈 (18) 4.石墨烯行业政策环境分析 (20) 4.1石墨烯行业政策环境分析 (20) 4.2石墨烯行业经济环境分析 (20) 4.3石墨烯行业社会环境分析 (20) 4.4石墨烯行业技术环境分析 (21) 5.石墨烯行业竞争分析 (22) 5.1石墨烯行业竞争分析 (22) 5.1.1对上游议价能力分析 (22) 5.1.2对下游议价能力分析 (22) 5.1.3潜在进入者分析 (23) 5.1.4替代品或替代服务分析 (23) 5.2中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (24) 5.3中国石墨烯行业竞争强度分析 (24) 6.石墨烯产业投资分析 (25)
RANDOM WALK TO GRAPHENE Nobel Lecture, December 8, 2010 by ANDRE K. GEIM School of Phys i cs and Astronomy, The Un i vers i ty of Manchester, Oxford Road, Manchester M13 9PL, Un i ted K i ngdom. If one wants to understand the beaut i ful phys i cs of graphene, they w i ll be spo i led for cho i ce w i th so many rev i ews and popular sc i ence art i cles now ava i lable. I hope that the reader w i ll excuse me i f on th i s occas i on I recommend my own wr i t i ngs [1–3]. Instead of repeat i ng myself here, I have chosen to descr i be my tw i sty sc i ent i?c road that eventually led to the Nobel Pr i ze. Most parts of th i s story are not descr i bed anywhere else, and i ts t i me-l i ne covers the per i od from my PhD i n 1987 to the moment when our 2004 paper, recogn i sed by the Nobel Comm i ttee, was accepted for publ i cat i on. The story naturally gets denser i n events and explanat i ons towards the end. Also, i t prov i des a deta i led rev i ew of pre-2004 l i terature and, w i th the bene?t of h i nds i ght, attempts to analyse why graphene has attracted so much i nter-est. I have tr i ed my best to make th i s art i cle not only i nformat i ve but also easy to read, even for non-phys i c i sts. ZOMBIE MANAGEMENT My PhD thes i s was called “Invest i gat i on of mechan i sms of transport relaxa-t i on i n metals by a hel i con resonance method”. All I can say i s that the stuff was as i nterest i ng at that t i me as i t sounds to the reader today. I publ i shed ?ve journal papers and ?n i shed the thes i s i n ?ve years, the of?c i al durat i on for a PhD at my i nst i tut i on, the Inst i tute of Sol i d State Phys i cs.Web of Sc i ence so-berly reveals that the papers were c i ted tw i ce, by co-authors only. The subject was dead a decade before I even started my PhD. However, every cloud has i ts s i lver l i n i ng, and what I un i quely learned from that exper i ence was that I should never torture research students by offer i ng them “zomb i e” projects. After my PhD, I worked as a staff sc i ent i st at the Inst i tute of M i cro-electron i cs Technology, Chernogolovka, wh i ch belongs to the Russ i an Academy of Sc i ences. The Sov i et system allowed and even encouraged jun i or staff to choose the i r own l i ne of research. After a year of pok i ng i n d i fferent d i rect i ons, I separated research-w i se from my former PhD superv i sor, V i ctor Petrashov, and started develop i ng my own n i che. It was an exper i mental system that was both new and doable, wh i ch was nearly an oxymoron, tak i ng i nto account the scarce resources ava i lable at the t i me at Sov i et research