石墨烯基纳米导电复合材料的制备与应用

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1、题目：石墨烯基纳米导电复合材料的制备与应用一、前吕1课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1课题的研究意义石墨烯是一种具有二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料⑴，它是构建其他维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，它可围裹形成零维的富勒烯，卷曲形成一维的碳纳米管，堆砌积形成三维的石墨。单层石墨烯的厚度仅为0.3〜0.5nnV2］。单层石墨烯层面内碳原子之间的共价键是由一个2s电子和两个2p电子采用杂化⑶形成。键，且键与键之间的夹角互成120°,键长为1.42A,每个碳原子与相邻三个碳原子结合形成六元环结构，每个碳原子剩余的一个未参加杂化的pz轨道的电子在垂

2、直于碳平面的方向上，与近邻的未参加杂化的pz轨道电子通过共价键的作用构成71带。碳原子之间相互围成止六边形平面蜂窝状品格结构3】。经研究发现，石墨烯具有优良的电学性能，电子在石墨烯上传输的阻力很小⑺，它在石墨烯中的传导速度比在硅中的快100倍，移动速度达到光速的1/3000,石墨烯在室温下还具有高速的电子迁移率（15000cm2/（V•s））o另外，由于量子效应的限制，以硅为核心的传统微电子器件面临无法避免的困境，对于新一代运输器件的研究成为凝聚态物理的热点之一，1991年碳纳米管的发现，使得人们开始设想利用基于碳的各种输运体系代替传统的半导体材料。而石墨烯材料的理论比表面积高达

3、2600m2/g,且具有突出的导热性能（3000W/（m-K））和力学性能（1060GPa）,石墨烯特殊的结构，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质。石墨烯凭借其特殊的结构和优界的电学性能已经引起实骑和理论研究者的广泛关注，被认为是硅的可行性替代材料之一，有望应用在纳米电子器件、自旋电子器件、超级电容器以及光电器件等方面。服醛树脂是由尿素与甲醛在催化剂（碱性催化剂或酸性催化剂）的作用下缩聚形成。首先缩聚形成初期服醛树脂，然后再在固化剂或助剂作用下，形成不溶、不熔的末期树脂。该胶于1844年由B.Tollens首次合成，1929年徳国染料公

4、司（IG公司）获得服醛树脂用于胶接木材的专利，服醛树脂在木材方面的应用被开发之后,它在胶合板与刨花板上的应用就找到了迅速发展口。由于其制造工艺简单，原料廉价易得，初粘性大，粘接强度高，不污染木材等优点，已广泛应用于木器加工、胶合板、刨花板、中密度纤维板、人造板材的生产及室内装修等行业，是目前粘合剂中产量最大的品种，占木材胶粘剂总产量的80%左右。但是，此树脂的电绝缘性能非常好，在加工和使用过程中，非常容易产生静电,并且不容易消失⑴1,这些电荷的积聚将可能造成很大的危害。当物体所带电荷在空间所产生的电场强度超过介质的击穿强度时，就会发生静电放电。静电放电可成为可燃性气体或粉尘的点火

5、源而引起爆炸和火灾。带电体发生静电放电时，其静电能全部或大部分在放电空间（即有静电场存在的空间内）消耗掉，从而使这一空间的可燃性气体温度升高，若可燃性气体浓度达到爆炸浓度范围，且静电能的值达到可燃性气体和空气混合气体的最小点火能量时，则发生火灾和爆炸。静电现象在聚合物的生产、加工和使用过程中是非常普遍的。所以增强月尿醛树脂材料的抗静电性能变得至关重耍。耍做到消除此树脂的静电危害，就必须对它进行抗静电改性，从而提高其面电阻，增强其导电性。鉴于石墨烯具有优良的导电性，本文考虑将导电的石墨烯掺杂到服醛树脂中以消除其静电危害。1.2国内外研究现状和发展121石墨烯的研究现状和进展国内研究

6、现状和进展：2008年，中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室高鸿钧研究组成功制备了毫米级高度有序的、连续的、单晶的石墨烯。研究组博士生潘毅等人通过优化生长条件获得了理想的毫米级外延石墨烯二维单晶材料，以详尽的实验与理论研究对此进行了证实。能电子衍射结果证实了石墨烯样品的毫米级的高度有序性。扫描隧道显微镜的研究结果表明石墨烯在衬底表而形成六角排布Moire超结构，高分辨的图显示了这种超结构原胞内每个原子的位置，并且证实了石墨烯薄膜沿衬底台阶的连续性生长。这种高质量的石墨烯二维量子结构的获得是我国科学家在该研究领域中独具特色的工作，为石墨烯基础问题的深入研究及其进一步在器件方而

7、的应用提供了一种新方法和理想体系。2009年，中科院电工所马衍伟课题组在石墨烯的制备与分散研究方而取得重要进展。该论文首次报道了采用对苯二胺还原氧化石墨纳米片，成功制备岀高稳定性有机溶剂分散的石墨烯材料，并采用电泳沉积法获得了高导电性的石墨烯薄膜，其导电率为150S/cmo此方法制备的石墨烯分散性能好、产率高、导电性能好且成本低，将有望应用于超级电容器和复合功能材料等领域。2009年，科学家实现了对石墨烯组成的控制，成功地制备出了氮掺杂石墨烯。掺杂是调控石墨烯电学性能的一种有效手