石墨烯调研报告（石墨烯纤维）
碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。但仍存在成本高，脆性高等缺点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。
近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。本文中将对石墨烯纤维的研究现状和发展进行综述和展望。主要讨论石墨烯纤维的可控制备、功能性修饰及其在非传统器件（如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器）等方面的应用。
石墨烯纤维的制备
1.1液晶相湿法纺丝法
研究发现，可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相，呈现片状排列或螺旋结构，这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。这种液晶结构能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散，适合高效凝结成型。高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中，制成了均匀的氧化石墨烯纤维。然后，采用氢碘酸化学还原的方法得到了石墨烯纤维。尽管该方法制得的纤维强度有待提升，但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料，流体纺丝后经化学还原制备石墨烯纤维，并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化发展。
湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低，这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。为了解决这一问题，Tour研究组用大片氧化石墨烯（平均直径22μm）做为湿法纺丝的原料合成纤维。结果表明，这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级，纤维具有100%的高打结率。
通过改进湿法纺丝过程，Qu研究组发明了一种“双毛细管同轴纺丝法”，该方法能够连续生产形貌可控的中空石墨烯纤维。图1展示了实验装置及制备过
程。因为高黏性的氧化石墨烯悬液能够直接鼓泡，所以可以精确调节氧化石墨烯纤维的形貌。例如用压缩空气代替内管的液体，可以生成中空石墨烯“项链” 状纤维。
1.2限域水热组装法
由于层间的强π-π相互作用，水热处理的氧化石墨烯会自发形成石墨烯的网状结构。曲向晨研究组发明了一种限域水热组装法，可以直接用氧化石墨烯溶液在管式反应器中加热制成石墨烯纤维。例如，以毛细玻璃管作为反应器，将8 mg/mL的氧化石墨烯悬液注射到玻璃管中，封闭玻璃管两端后在230℃烘焙2 h 就获得与玻璃管形貌一致的石墨烯纤维。纤维直径5~200 μm可调，长度数米（图2）。由于水热过程中石墨烯层间的强相互作用，自组装形成的石墨烯纤维强度较高，可以达到180 MPa。
1.3化学气相沉积法（CVD）辅助合成
朱晨研究组发明了一种用化学气相沉积（CVD）法生长的石墨烯膜直接抽出石墨烯纤维的“直拉法”。该方法首先将石墨烯膜从生长基底上转移到有机溶剂（如乙醇）中，然后用镊子从溶剂中抽出纤维结构的石墨烯。在该过程中，溶剂的表面张力和蒸发速率对石墨烯纤维的结构有很大影响。该方法制得的石墨烯纤维导电率很高，可以达到约1000 S/m，但不适用于大规模生产。同一研究组还利用CVD法直接在铜网上生长石墨烯，然后用氯化铁的盐酸溶液刻蚀掉铜网，得到网状中空石墨烯纤维，即石墨烯编织物。这种编织物可以转移到聚二甲基硅氧烷基底上形成复合膜并用于各种器件中。
1.4 氧化石墨烯的自发还原及组装
除了上述借助CVD方法外，可以通过基底辅助还原和组装氧化石墨烯的方法在铜线上自发合成中空石墨烯纤维。该方法比较温和而且有效。在这一过程中，活泼金属基底失去电子被氧化成金属离子，同时氧化石墨烯得到电子被还原。该方法不需要加入任何还原剂，可以在任意导电基底上还原氧化石墨烯，并使其在基底上有序聚集，如活泼金属基底锌、铁、铜，惰性金属金、银、铂，半导体硅片，非金属碳膜，以及导电玻璃（ITO）等。
1.5 碳纳米管纱丝
以碳纳米管制成的石墨烯纳米带为基础，Baughman等用化学拉拽法从高度排列的碳纳米管膜上拉出石墨烯纳米带纱网，然后干燥收缩成丝。该方法将原始多壁碳纳米管逐层放到聚四氟乙烯框架上，通过溶液氧化获得氧化石墨烯纳米带。采用不同的还原方法可以调节其含有的官能团，以提高相应的机械、电学及电化学性质。实际上，氧化石墨烯纳米带和还原的石墨烯纳米带可以分散到高浓度氯磺酸中，形成各向异性的液晶相用于湿法纺丝制石墨烯纤维。
1.6其他制备方法
上述方法提供了多种途径合成各种石墨烯纤维，除此之外还有一些其他的方法。Kim等用电泳组装法制成还原的氧化石墨烯纳米带纤维。该方法用石墨针做正极，将其插入含有石墨烯纳米带的胶体溶液中。通过向电极间加上恒定电压（1~2 V），在石墨针提拉过程获得石墨烯纤维。该方法与之前提到的直接拉拽法类似，但产率低，不适合大规模生产。徐兴等采用溶液自组装法用氧化石墨烯溶液在气液界面组装合成氧化石墨烯纤维，该方法依托于静电斥力、范德华力以及π-π堆积作用。在自组装及超声过程中，样品逐渐从原始的石墨粉转变成氧化石墨烯片，再过渡到氧化石墨烯纤维及纯净的氧化石墨烯纤维膜。尽管该方法的机制还需要进一步研究，但其纤维直径小（1~2 um），长几百微米，是短石墨烯纤维规模化生产的一个潜在简单途径。
二，功能化复合
2.1与功能组分的复合
在石墨烯纤维中嵌入功能组分有助于实现其在重要器件如传感器及电子纺织物中的应用。无论是原位复合还是先合成后嵌入功能组分，石墨烯纤维为各种独特性质的功能材料提供了一个好的附着平台。例如，在石墨烯纤维中原位掺入四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒可以合成磁性纤维。这种磁性纤维具有良好的机械柔韧性及灵敏的磁响应。
二氧化钛（TiO2）纳米颗粒的掺杂是一个典型的先合成后功能化的示例。将初步合成的石墨烯纤维浸泡于TiO2悬浊液中，震荡待TiO2纳米颗粒嵌入石墨烯片层中，干燥及退火后，即获得具有良好光电流响应特性的石墨烯纤维。表明在TiO2纳米颗粒和石墨烯片层之间通过光激发产生了电子/空穴对，从而证
明这种材料在光电检测器、光催化剂及光伏电池等的应用。
2.2 全碳复合物
石墨烯是具有独特性质的二维纳米材料，而碳纳米管则是一种重要的一维材料。将这两种材料结合在一起可能会出现意想不到的效果。Li等用化学气相反应经过后拉伸处理制得双壁碳纳米管和石墨烯的混合纱丝。首先用化学气相沉积方法在卧式反应器中生成粗的棒状碳纳米管聚集体，石墨烯在碳纳米管生成过程中也自发的产生，然后从这个聚集体中抽出碳纳米管和石墨烯的混合纱，进而拧成一根纤维。机械性质测量结果显示，该方法获得的纱强度可以达到300 MPa，电导率达到105 S·m-1。
另一种方法是在石墨烯纤维上直接生长碳纳米管。Cheng 等先用水热法制得掺杂Fe3O4纳米颗粒的石墨烯纤维，然后利用化学气相沉积法在石墨烯纤维上生长碳纳米管。虽然这种方法生产的混合纤维机械强度相对较低，但可以用来制成柔性纺织物用做柔性超级电容器的电极。不同于石墨烯/碳纳米管的这种混合纤维，还有一种全部由石墨烯构成的核壳结构纤维。这种纤维是将三维网状石墨烯覆盖到石墨烯纤维上制得的[29]。三维石墨烯结构具有很多突出的性能，如比表面积高、电导率高以及化学稳定性好。作为“核” 的石墨烯纤维的高导电性和外部三维石墨烯的高比表面积很好地结合到一起，这样这种纤维就可以在纤维器件中用做柔性电极。
2.3 聚合物复合材料
之前的工作表明，碳纳米管增强聚合物纤维的强度要比已知的材料强。Kim 等将碳纳米管和还原氧化石墨烯片结合起来，嵌入纺织聚合物纤维，获得了高强度复合纤维材料。他们将各种不同比例的还原石墨烯和单壁碳纳米管分散到十二烷基苯磺酸钠水溶液中，然后把分散液注射到质量分数5%的聚乙烯醇（PV A）的流体中，待其凝结形成复合纤维。最后用甲醇处理以提高PV A的结晶度，得到以PV A为基体的混合纤维。石墨烯薄片相互连接形成网络，使这种纤维机械的性能很好。聚合物复合纤维的质量刚性为1000 J·g-1，远超过蜘蛛丝（165 J·g-1）和Kevlar丝（78 J·g-1）。实验观察到溶液纺丝过程中形成了部分排列有序的石墨烯薄片与碳纳米管的连接网络。这种混合纤维具有可编织、可穿戴以及可以变形为高模量螺旋弹簧的特点。
石墨烯与聚合物的复合研究已经很普遍了。在聚合物中加入少量的石墨烯纳米片可以显著提高材料的机械强度和电学特性。石墨烯纳米片的平面结构具有较大的界面面积，有利于石墨烯与聚合物之间的相互作用，因此能和聚合物很好地结合到一起。此外，在氧化石墨烯纳米片面和边缘处的羧基及羟基官能团在石墨烯和聚合物之间也起到连接作用。例如，石墨烯纳米带/碳复合纤维纺纱可以通过用含有聚丙烯腈（PAN）的静电纺丝得到。在静电纺丝过程中产生的定向剪切力与外电场力共同作用于流动的纺丝溶液。加入少量的石墨烯纳米带就能很大程度上提高复合纤维纺纱的机械性能。关于静电纺丝生产石墨烯聚合物纤维（包括以PV A、聚乙酸乙烯酯（PV Ac）、聚丙烯酸（PAA）为原料）的文章多有报道。
第一章石墨烯性能及相关概念 1 石墨烯概念 石墨烯（Graphene）是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。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m?K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。 石墨烯结构图
2 石墨烯结构 石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。 形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。 石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。 石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
《文献检索与科技论文写作》作业 学生姓名 年级专业 班级学号 指导教师职称
目录 第一部分文献查阅练习 (1) 第二部分文献总结练习 (7) 第三部分科技论文图表练习 (8) 第四部分心得体会 (11)
第一部分文献查阅练习 1、黄毅，陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用.中国科学B辑:化学2009年第39卷第9期:887-896 摘要：石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展，并对功能化石墨烯的应用作了介绍，最后对相关领域的发展趋势作了展望. 关键词：功能化应用 2、胡耀娟,金娟.石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用. 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)Acta Phys.-Chim.Sin.,2010,26(8)：2073-2086 摘要：石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质.有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一.本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。 关键词：制备功能化应用. 3、杨永岗,陈成猛,温月芳.新型炭材料.第23卷第3期 2008年9月：193-200 摘要：石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料。近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合
石墨烯项目 可行性研究报告规划设计/投资分析/实施方案
石墨烯项目可行性研究报告 我国作为石墨烯专利技术的早优先权国，在所有技术原创国之中处于首位，并且大幅度领先于其他国家，占据了较高的份额，而韩国，美国，日本作为其他主要技术的原创国家，紧随其后，但是从数量上看，依旧有明显的差距。 该石墨烯项目计划总投资14242.45万元，其中：固定资产投资11415.01万元，占项目总投资的80.15%；流动资金2827.44万元，占项目总投资的19.85%。 达产年营业收入20528.00万元，总成本费用15735.36万元，税金及附加232.23万元，利润总额4792.64万元，利税总额5685.92万元，税后净利润3594.48万元，达产年纳税总额2091.44万元；达产年投资利润率33.65%，投资利税率39.92%，投资回报率25.24%，全部投资回收期5.46年，提供就业职位443个。 本报告所涉及到的项目承办单位近几年来经营业绩指标，是以国家法定的会计师事务所出具的《财务审计报告》为准，其数据的真实性和合法性均由公司聘请的审计机构负责；公司财务部门相应人员负责提供近几年来既成的财务信息，确保财务数据必须同时具备真实性和合法性，如有弄虚作假等行为导致的后果，由公司财务部门相关人员承担直接法律责任；
报告编制人员只是根据报告内容所需，对相关数据承做物理性参照引用，因此，不承担相应的法律责任。 ......
石墨烯项目可行性研究报告目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽频的光吸收和非线性光学性质, 以及室温下的量子霍尔效应等。常温
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
2021年石墨烯行业研究 分析报告
目录 1.石墨烯行业现状 (4) 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 (4) 1.2石墨烯市场规模分析 (5) 2.石墨烯行业前景趋势 (6) 2.1石墨烯的应用领域十分广泛 (6) 2.2行业进入快速发展期 (6) 2.3产业集群逐步扩大 (7) 2.4用户体验提升成为趋势 (8) 2.5行业协同整合成为趋势 (8) 3.石墨烯行业存在的问题 (8) 3.1技术问题 (8) 3.2市场问题 (9) 3.3成本问题 (9) 3.4关键技术有待突破 (9) 3.5应用市场有待拓展 (10) 3.6标准体系有待完善 (10) 3.7产业结构调整进展缓慢 (11) 3.8供给不足，产业化程度较低 (11) 4.石墨烯行业政策环境分析 (13) 4.1石墨烯行业政策环境分析 (13)
4.2石墨烯行业经济环境分析 (13) 4.3石墨烯行业社会环境分析 (13) 4.4石墨烯行业技术环境分析 (14) 5.石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1.1对上游议价能力分析 (15) 5.1.2对下游议价能力分析 (15) 5.1.3潜在进入者分析 (16) 5.1.4替代品或替代服务分析 (16) 5.2中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (17) 5.3中国石墨烯行业竞争强度分析 (17) 6.石墨烯产业投资分析 (18) 6.1中国石墨烯技术投资趋势分析 (18) 6.2中国石墨烯行业投资风险 (18) 6.3中国石墨烯行业投资收益 (19)
1.石墨烯行业现状 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 石墨烯行业是指从事石墨烯相关性质的生产、服务的单位或个体的组织结构体系的总称。深刻认知石墨烯行业定义，对预测并引导石墨烯行业前景，指导行业投资方向至关重要。石墨烯具有非常好的导热性、电导性、透光性，而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。并且在政策的扶持鼓励下，我国石墨烯产业近年迎来大发展，被业界普遍看好其发展，国内企业也越来越重视对石墨烯的研究和投资。 我国石墨烯行业在经过短暂的结构调整后，淘汰掉落后产能、筛选掉不合格企业，并且随着居民消费观念的转变和消费需求的
石墨烯基础材料的光电特性 Inhwa Jung 在这研究报告中，石墨烯基础材料的光电性能被调查，特别是研究具有氧化石墨单层的石墨烯氧化物的物理和化学性质和它的化学简式与石墨的不同。尽管氧化石墨在一百多年前就被Brodie（在1859年）合成，但直到现在特殊层还没被深入研究，与我们正在研究的石墨烯氧化物比较，物理学家在原始石墨烯(石墨的一个层)发现了卓越的物理输送特性同时也显示石墨烯在纳米电子方面的潜力;这提高我们对包括石墨烯氧化物在内的化学法改变石墨性质的兴趣。 从石墨烯的光学性质方面来看，为了识别和测量石墨烯基底的有效光学性质，由于由硅上的薄介电层组成的基底的作用，一个直截了当的方法被提出。通过这个方法和优化介电层的厚度，获得石墨烯基底独特晶片和基底的的巨大差别。选择合适的光学性能和介电层的厚度，氧化石墨的有效折射率和光学吸收系数可以减少氧化石墨，通过对比预测与实际测量的差别可以获得石墨烯。 椭圆光度法成像是一种为光学成像和表征超薄材料（1nm~）例如特殊化学法改变的石墨烯晶片和少层氧化石墨烯晶片保持电势的方法，单独使用椭圆光度法成像无论能否确定它的光学性质和厚度都是非常有趣的，传统的光谱椭圆光度法也可以应用到比特殊晶片宽数毫米的多层叠加的氧化石墨上。利用两种成像方法得到的结果对比最大的区别在于光学性质的差异。观察热处理过的单体和多层叠加，多层叠加和单层的区别类似氧化石墨（无论是特殊晶片还是多层叠加）的对比结果。分别从轮廓仪和AFM得到厚度，解释厚度和光学性质在热处理时会改变的模型被提出。 电学特征是前面提及的异常原始石墨性能基本的技术领域，通过在真空中加热单层石墨氧化物(沉积于基体)对材料的电阻率进行了监测。通过监测随时间和温度响应的电导率能够表明,导电率的变化可能与一个激活的化学过程有关, 并由此可以获得活化能(势垒高度)。通过高达85 S/m的时间温度曝光可以知道单层的氧化石墨的导电率，其次在真空中加热并与气相肼发生化学还原可以成倍地得到更高的导电率，如原始石墨一样，氧化石墨导电率对电场方向很敏感，伏安测量还表明，氧化石墨的电气性能与石墨烯存在差别。 在特殊气体中对石墨氧化物进行初步的灵敏度的测量，结果表明石墨氧化物可以作为传感器的材料，于是用以测量灵敏度和特殊气体浓度的方案被提出和讨论，该方法建立在光学检测上，因此这篇论文会涉及光学特性在实际生活中的潜在应用。
石墨烯纤维纱的性能及其应用 石墨烯的发现 石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电性能最强的新型纳米材料，从2004年石墨烯在实验室被正式制备以来，受到全球广泛关注，被誉为“新材料之王”。在国内，相关技术人员通过打开分子链，嵌入金属模板，利用高科技高温煅烧这一航天技术，成功从玉米芯纤维素中研制出生物质石墨烯，全球首创，成为2016年纤维新秀。 用石墨烯纤维面料的独特功效 1、体温即可激发的远红外 石墨烯特有人体体温激发远红外功能，促进血液微循环，加速新陈代谢，有效放松肌肉缓解疲劳，用石墨烯纤维面料制作贴身衣物，亲肤能改善血液微循环，缓解慢性疼痛，有效改善人体亚健康。 2、抗菌抑菌 石墨烯纤维特有抗菌抑菌功能，有效抑制真菌的滋生，抑菌除臭功能显著。 3、吸湿透气 石墨烯纤维同时具有祛湿透气功能，能持久保持肌肤干爽，透气舒适，有效保护私处健康。 4、抗静电 天然抗静电功能，让穿着更舒适。 5、防紫外线 石墨烯纤维同时具防紫外线功能，无论制作贴身衣物还是外穿时装，功能同样出众。
石墨烯纤维的应用范围 、墨烯内暖纤维石墨烯内暖纤维是由生物质石墨烯与各类纤维复合而成的一种智能多功能纤维新材料，具备超越国际先进水平的低温远红外功能，集防静电等作用于一身。 石墨烯内暖纤维长丝、短纤规格齐全，短纤可与棉毛丝麻等纤维以及涤纶腈纶等其他各种纤维等其他各种纤维搭配混纺，长丝可与各种纤维交织，制备不同功能需求的纱线面料。 在纺织领域，可以制成袜类、婴幼服饰、家居面料、户外服装等。石墨烯内暖纤维的用途服装领域，还可以应用于车辆内饰、美容卫材、摩擦材料、过滤材料等。 墨烯内暖绒材料石墨烯内暖绒是由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝生产而成。该技术既充分利用了可的低成本生物质资源，又将生物质石墨烯的功能充分展现到纤维中，获得了高性能、高附加值的新型纺织材料。石墨烯内暖绒材料具有远红外升温、保暖透气、抗静电等多功能特性，作为填充材料应用于棉被、羽绒服等，对提升纺织工业创新能力和推动高附加值产品开发具有重大意义和市场价值。
石墨烯/聚合物纳米复合材料 摘要：石墨烯由于其特殊的电导性、机械性能和大的表面积而具有巨大的科研价值，当加 入适当时，这些原子薄碳层可以显著提高主要高聚物的物理性能。我们首先按照从上到下的战略回顾一下从氧化石墨到石墨烯的生产工艺过程，包括每种方法的优点和缺点。然后按溶解和熔融的战略即分散化学和加热的方法讨论降低氧化石墨在聚合物中的含量。对于微粒大小的性质、表面性质和在基体中的离散性的技术分析也有介绍。我们总结石墨烯/聚合物纳米复合材料的导电性、导热性、机械性能和阻气性。我们结合石墨烯复合材料的加工和可量测性总结这些观点列出最近的挑战和这些新的纳米复合材料的远景。 1介绍 基于炭黑、碳纳米管和层状硅酸盐的聚合物纳米复合材料被用于增强聚合物的机械性能、导电性、导热性和阻气性。石墨烯极其特殊的物理性能和能溶于多种基本聚合物的结合的发现创造了一类新的聚合物纳米复合材料。 石墨烯是由sp2杂化的碳原子按蜂窝状结构排列成的单层、二维片状结构。它被誉为其他所有不同维数的石墨碳的同素体的基础材料，例如，石墨（三维碳的同素体）由石墨烯的薄碳片正面向上堆积在一起并且分开距离为3.37A组成。0维同素体，富勒烯（足球烯），可以想象成单层石墨烯的一部分卷曲成的。一维碳同素体，碳纳米管和碳纳米带可以分别由单层石墨烯旋转和剪切制成。实际上，然而，这些碳的同素体，除了碳纳米带，都不是由石墨烯合成的。石墨是一种天然生成的材料，它最早的记载于1555年在英国的Borrowdale，但是它最早的应用可向前追溯4000年。在1985年发现富勒烯后于1991年第一次合成单壁碳纳米管。尽管生产石墨烯纳米片的第一个方法报道可以追溯到1970年，但对存在的单层石墨烯在2004年第一次被生产出来，用微机械剥离的方法从石墨中分离出石墨烯。 杨氏模量为1TPa和极限强度为130GPa，单层石墨烯为测量出来的最强的材料。它的导热系数为5000W/cm3*KJ,与报道的碳纳米束最高值的上限相一致。而且，单层石墨烯有很高的电导率，高达6000 /cm，并且不像碳纳米管，手性特性不是影响电导率的因素。这些特性加之极高的表面积（理论极限：2630m2/g）和不透过气体性，表明石墨烯对提高聚合物的机械性质、导电性、导热性和阻气性的巨大潜力。由于石墨烯薄层的性质引起巨大兴趣并且发现了它们的生产方法，世界各地的科学家都有在研究石墨烯，研究石墨烯的研究机构的数目清楚地证明了这些兴趣。一个简单的研究用石墨烯作为关键字从三个最常用的数据库搜索，例如IsI-wabvf Science, Science Direct and Sci Finder,如图2所示，表明出版论文从2005到2009近3000篇的速度增长。用“石墨烯复合物“作为关键字的文献的数目的简单趋势也可见于图2. 在这篇文章里，我们专注于石墨烯/石墨烯复合物高聚物来评论这项文化。我们首先评论准备石墨烯薄层的不同方法，以这些方法适合高聚物复合应用为重点。然后讨论表征石墨烯的方法包括层数、薄层厚度和化学改性。石墨烯进入聚合物的分散途径和生成的聚合物/石墨烯复合物的性质也被评论。我们总结了这令人兴奋的新的纳米复合材料的未来发展的挑战 2．Bottom-Up石墨烯 石墨烯通过多种方法合成，例如化学气相沉淀法、CVD和epitaxial growth经常用于生产少量厚的、无缺陷的石墨烯薄层。它们在生产用于基础研究和导电应用的石墨烯薄片比机械剥离法更有吸引力。但不是要求适于表面结构修改的大量石墨烯薄片的适合来源。通过不同的
石墨烯调研报告（石墨烯量子点） 零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。 GQDs的制备 GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。 水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3）中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示，Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。 图3. 水热法制备GQDs反应机理 Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。
ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 《材料物理》期末论文 石墨烯的性能及应用 学院名称：数理学院 专业班级：应用物理学11-1班 学生姓名：邢俊俊 学号： 201111020026 2014年6月
石墨烯的性能及应用 摘要：石墨烯其貌不扬，其微片看上去就好像是棉花一样的黑色絮状物，可它为什么如此受追捧？答案其实并不复杂。因为它太轻薄了，只有一个原子厚度，却又非常坚硬。除此之外，它还拥有优秀的导热性、极低的电阻率。在轻薄坚固的同时，它还几乎是完全透明的。这些特性让研究者们能够创造出无限的可能性，无怪乎石墨烯横空出世之时业界震惊。 关键词：石墨烯、新材料、物质、科技 Abstract:Graphene does not seem good, its microchip looks like black cotton floc, but why it can be so popular these days? The answer is not complicated. Because it is so thin and only has one atom thick, it is very hard, however. In addition, it has excellent thermal conductivity and low resistivity. It is in strong light while almost completely transparent. These features allow the researchers are able to create infinite possibilities, no wonder when the industry turned out of graphene shocked. Key words: Graphene, new materials, substances, Technology 1、前言： 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。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，两人也因“在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。 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
2016年中国石墨烯行业发展报告 前言 2016年以来，石墨烯概念股如东旭光电、华丽家族、方大炭素、中泰化学等备受资本追捧。国内外各大锂电企业有关石墨烯项目布局，有的选择石墨烯导电剂技术研发，有的走向石墨烯复合正负极材料之路。这其中，不乏号称已经生产出“石墨烯电池”的锂电企业。石墨烯火热的背后，具体应用领域潜力如何？都有哪些助推的洪荒之力？ 一、国家政策鼓励支持石墨烯产业发展 近年来，国家出台多项政策，鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件，明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。 二、石墨烯的技术研究进入快速发展轨道 从石墨烯相关专利申请趋势看，其相关专利的申请在上个世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员因对石墨烯的研究共同获得2010年诺贝尔物理学奖以后，全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长，其中，2014年全球石墨烯相关专利的申请数量就高达5047件，表明石墨烯的相关技术研究进入快速发展轨道。 根据石墨烯相关专利历年的申请情况，结合每年专利发明人数量，2008年以前为石墨烯研发技术的萌芽阶段，2008年至2015年为技术的成长阶段，而2015年之后石墨烯研发生产及应用技术开始趋向于成熟，即成熟阶段初期，这个阶段石墨烯开始逐步小规模生产，但是，其生产及应用技术仍有待于进一步突破。 三、石墨烯应用需求多样化，引领多领域划时代的变革 石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料，单层石墨烯薄膜只有一个碳原子厚度，是目前已知的最薄的一种新材料，具有极高的比表面积、超强的导电性和强度以及透明度等优点。石墨烯同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料所不具备的性能，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用，可以说是未来最有前景的先进材料之一，引领多领域划时代的变革。 《中国制造2025》提出：明确要求高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。《<中国制造2025>重点领域技术路线图（2015年版）》中称，石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。 1、导电油墨：石墨烯导电油墨具备成本优势
硅石墨烯负极材料最近 文献综述 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
硅石墨烯最近文献综述(2013-至今) Minsu Gu, Seunghee Ko, Seungmin Yoo等[1]提出了一种同轴核壳硅-石墨烯纤维结构，该纤维结构的制备采用双喷嘴设备进行湿纺组装。其中，核由银包覆的纳米硅颗粒与氧化石墨烯混合液组成，壳是氧化石墨烯分散液，分别由两个喷丝头进入，然后用水合肼将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而制备出Si@Ag/TRGO复合材料。具体制备示意图如图1所示： 图1 同轴Ag修饰Si-石墨烯纤维湿法纺丝过程示意图 复合材料电极无需导电剂，在倍率下，首次充放电容量分别通过该方法制备的Si@Ag/TRGO 900 为1204 mAh/g和960 mAh/g，首次库仑效率为%，100个循环后的充电容量为766 mAh/g，容量保持率为%。 Jaegyeong Kim, Changil Oh, Changju Chae等[2]采用水性溶胶凝胶法制备出出了Si/C-IWGN（internally wired with graphene networks）复合材料。其中，溶胶凝胶系统由硅纳米颗粒、间苯二酚-甲醛和氧化石墨烯组成。大致步骤为：首先将纳米硅颗粒在水中超声分散，同时加入氧化石墨烯溶液，接着超声分散均匀，然后加入间苯二酚、甲醛（碳源前驱体）以及碳酸钠（催化剂）进行缩聚反应，最后将得到的复合凝胶在850℃下高温碳化处理即可制备出目标产物。具体制备示意图如图2上半部分所示： 图2 Si/C-IWGNs和涉及的Si/C复合材料制备示意图 作者发现，Si/C-IWGNs中少量的石墨烯（1-10wt%）能够有效的提高复合材料的循环稳定性，这主要归功于以下因素：1）石墨烯网络在复合材料中的形成；2）石墨烯网络能够提供足够的空间来容纳硅的体积膨胀。此外，Si/C-IWGNs显示出比商用石墨高141%的体积容量。作者最后还制备了Si-Gr（由Si/C-IWGN和石墨组成）复合材料，在100 mA/g的电流密度下，首次库仑效率为%，容量高达800-900 mAh/g，体积容量高于石墨的161%，100个循环后的容量保持率为%。 Hai Li, Chunxiang Lu, Baoping Zhang等[3]通过对纳米硅颗粒、蔗糖和氧化石墨烯混合物进行冷冻干燥后进行热处理，制备出了Si@C/G复合材料，该方法在实现了纳米硅颗粒的碳包覆的同时，也解决了石墨烯基片在复合材料的分散问题，如图3所示： 图3 Si@C/G制备路线示意图： Si纳米颗粒、蔗糖和GO水溶液的混合物1）冷冻干燥；2）在氮 气氛围内1000℃下热处理 将该复合材料组装成电池后进行测试，在500mAh/g的电流密度下，首次充放电容量分别为2080mAh/g和1741mAh/g，首次库仑效率为%，100个循环后比容量依然高达1410mAh/g，容量保持率为67%。作者还对该复合材料进行了倍率性能测试，表现出较好的倍率性能和可恢复性能，如图4所示：
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
. . .. . . 报告题目：石墨烯的结构、制备、性能及应用研究进展 一、书目信息： 二、评分标准 1.格式规、容简明扼要。报告中引用的数据、观点等要注明出处20分 2. 报告结构合理，表述清晰20分 3. 石墨烯的结构、性能、制备方法概述正确、新（查阅5篇以上的文献）20分 4. 石墨烯的应用研究进展概述（文献）全、新（查阅5篇以上的文献）20分 5. 心得及进一步的研究展望真实，无抄袭与剽窃现象20分 三、教师评语 请根据写作容给定成绩，填入“成绩”部分。 注1：本页由报告题目、书目信息有学生填写，其余由教师填写。提交试卷时含本页。学生从第二页开始写作，要求见蓝色字体部分。 注2：“阅卷教师评语”部分请教师用红色或黑色碳素笔填写，不可用电子版。无“评语”视为不合规。注3：不符合规试卷需修改规后提交。 摘要 碳是自然界中万事万物的重要组成物质，也是构成生命有机体的主要元素。石墨和金刚石是两种典型的单质碳，也是最早为人们所熟知的两种碳的三维晶体结构，属于天然矿
密封线 石。除石墨和金刚石外，碳材料还包括活性炭、碳黑、煤炭和碳纤维等非晶形式。煤是重 要的燃料。碳纤维在复合材料领域有重要的应用。20 世纪80 年代，纳米材料与技术获得 了极大的发展。纳米碳材料也是从这一时期开始进入历史的舞台。1985 年，由60 个碳原 子构成的“足球”分子：C60被三位英美科学家发现。随后，C70、C86等大分子相继出现， 为碳家族添加了一大类新成员：富勒烯。富勒烯是碳的零维晶体结构，它们的出现开启了 富勒烯化学新篇章。三位发现者于1996 年获诺贝尔化学奖。1991 年，由石墨层片卷曲 而成的一维管状纳米结构：碳纳米管被发现。如今，碳纳米管已经成为一维纳米材料的典 型代表。发现者饭岛澄男于2008 年获卡弗里纳米科学奖。2004 年，一位新成员：石墨 烯，出现在碳材料的“家谱”中。石墨烯的发现者，两位英国科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖罗夫（Konstantin Novoselov）于2010 年获诺贝尔物理学 奖。 关键词：碳材料复合材料晶体结构 1 石墨烯的结构 石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的排列成蜂窝状六角平面晶体。在单层石墨烯中，碳碳键长为0.142nm，厚度只有0.334nm。石墨烯是构成下列碳同素异型体的基本单元：例如：石墨，碳纳米管和富勒烯。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 2 石墨烯的制备 2.1 物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得, 操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 2.1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt 等[1]于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨烯，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在 1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20 μm—2 mm、深 5 μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 2.1.2取向附生法—晶膜生长
关于石墨烯的研究 摘要：石墨烯是2004年才发现的新型材料，它是碳原子组成的平面结构。具有单一原子或几个原子的厚度。石墨烯因具有独特的电子结构。是迄今为止人类发现最早的二维电子系统。 关键词：石墨烯的制备：石墨烯特性：石墨烯结构：石墨烯应用 0引言： C是最神奇的元素，自然界中碳也是组成物质最多的元素，给人类带来了很多财富石墨也是人类最常见的材料。在科学界最热门的材料就是石墨烯。顾名思义，石墨烯与石墨有紧密的联系。我们知道，石墨是一类层状的材料，它是由一层又一层的二维平面碳原子网络有序堆叠而形成的。由于层间的作用力较弱，因此石墨层间很容易互相剥离，形成薄的石墨片，这也正是铅笔能在纸上留下痕迹的原因。这样的剥离存在一个最小的极限，那就是单层的剥离，即形成厚度只有一个碳原子的单层石墨，这就是石墨烯。石墨Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，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，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。石墨烯的理论比表面积高达2 600m2Pg ,具有突
出的导热性能( 3 000W·m- 1·K- 1 ) 和力学性能(1 060GPa) , 以及室温下较高的电子迁移率(15 000cm2·V- 1·s - 1 ) 。此外,它的特殊结构,使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质 ,因而备受关注。但长久以来，科学家们从理论上一直认为这种纯粹的二维晶体材料是无法稳定存在的，一些试图制备石墨烯的工作也均以失败而告终。直到2004年，英国曼彻斯特大学的A. Geim 教授及其合作人员凭借极大的耐心与一点点运气终于如大海捞针般首次发现了石墨烯。他们采取的手段与铅笔写字有异曲同工之妙，即通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终通过显微镜在大量的薄片中寻找到了理论厚度只有0.34纳米（约为头发直径的二十万分之一）的石墨烯。 1石墨烯制备 2石墨烯的结构
Graphene Fundamentals and Performance Applications 石墨烯基础及性能应用 学校西安建筑科技大学 论文名称石墨烯基础及性能应用 班级材料科学1302 学号130502112 姓名王号强 指导教师李延军 2016年4月28日
目录 1.碳族材料概述 1.1碳的同素异形体—石墨和金刚石1.2碳的同素异形体—富勒烯 1.3碳的同素异形体—碳纳米管 1.4碳的同素异形体—石墨烯 2.石墨烯及类似物的原子结构 2.1石墨烯及石墨烯材料的定义 2.2石墨烯的原子结构 2.3石墨烯与碳纳米管之间的关系2.4其它层状二维晶体 2.4.1氮化硼纳米片层 2.4.2二氧化钛纳米片 2.5纳米结构的石墨烯 3.石墨烯的性质及制备方法 3.1石墨烯的性质 3.2石墨烯的制备方法 4.石墨烯的表征 5.石墨烯的应用
1.碳族元素概述 1.1碳的同素异形体—石墨和金刚石 20世纪80年代以前，人们普遍认为碳有两种同素异形结构：石墨和金刚石。金刚石是闪闪发光且非常坚硬的晶体结构，有四个碳原子分别以sp3杂化（键角109度28分）形式相结合，形成三维的正四面体结构。石墨的结构完全不同于金刚石，碳原子采取sp2杂化（键角120度）形成相应的六方晶体结构。这两种材料的性质差异十分显著，例如，石墨中高度离域的π键网络结构表明，石墨比金刚石具有更高的导电率，而金刚石sp3碳原子有很强的共价键连锁网状结构，具有很高的硬度。加之，由于金刚石很宽的带隙（5.5ev），因而金刚石是一种绝缘体，而石墨是一种导体（带隙约为0.25ev）。 1.2碳的同素异形体—富勒烯 1985年，Kroto等人发现了富勒烯，在其1812种结构中，最稳定的是有12个五边形和20个六边形组成的32面体的笼状结构。一个C60分子的平均外径为1nm。由于富勒烯具有高度对称性，显示出可以在各种表面上滚动的特性，通过轮状富勒烯的转动，设计和合成的纳米车分子可直接在可控的表面上跑动。 1.3碳的同素异形体—碳纳米管 1991年，日本的电镜专家S.lijima在用石墨电弧发制备C60的过程中意外发现碳纳米管，该材料为中空结构管状物，由2—50层石墨层片卷曲而成，各层之间距离0.343nm，两端由半球形的端帽封闭。碳纳米管最有前景的应用是在场发射设备中作为电子发射器。 1.4碳的同素异形体—石墨烯 2004年，英国曼彻斯特大学的Andre Geim和konstantin Novoselov发现了石墨烯（graphene）。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离除较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二，不断重复，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成的新型的二维原子晶体—石墨烯。石墨烯的垩发现，充实了碳材料家族，形成了从零维的富勒烯、一维的纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。 2.石墨烯及类似物的原子结构 2.1石墨烯及石墨烯材料的定义 石墨烯仅是指排列在六方晶格中的准二维孤立碳原子层。单层石墨烯（single-layer graphene，SLG)和双层石墨烯（bilayer graphene，BLG）才是零带隙的半导体，它们各自只有一种电子和空穴。对于所谓的少层石墨烯（few-layer graphene，FLG，3-10层）而言，其导带和价带发生重叠，出现电荷载流子（charge carriers）。而更厚的石墨烯结构则被认为是石墨薄膜。 当石墨的层数少于10层时，就会表现出较普通三维石墨不同的电子结构，因此，将10层以下的石墨材料成为石墨烯材料。 2.2石墨烯的原子结构 单层石墨烯是单原子层紧密堆积的二位晶体结构，其中碳原子以六元环形状周期性排列于石墨烯平面内。每个碳原子通过*键与邻近三个原子相连，S、Px和Py三个杂化轨道形成强的共价键结合，组成SP2（120度键角）杂化结构，由于饱和烃的键角为109度28分，故120度的键角张力较小，所以赋予了石墨烯极高的力学性能。剩余的Pz轨道在与平面垂直的垩方向形成π轨道，此π电子可在石墨烯晶体平面内自由移动，而使石墨烯有良好的导电