从碳纳米管到石墨烯_浅谈碳纳米材料的研究进展

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1、从碳纳米管到石墨烯———浅谈碳纳米材料的研究进展／陈留群等·１１５·从碳纳米管到石墨烯———浅谈碳纳米材料的研究进展陈留群１，孙光辉２，李春林１，金江彬１（１台州市黄岩明江塑胶有限公司，台州３１８０２６；２河南省化工研究所有限责任公司，郑州４５００５２）摘要碳纳米材料是目前纳米材料领域最为耀眼的明星。由于碳纳米管与石墨烯有着极为相似的结构和性质，使得碳纳米管相关的研究方法和手段被广泛地应用于石墨烯的研究中，从而推动了石墨烯研究的快速发展。简要概述了碳纳米管相关研究手段在石墨烯研究中的应用进展。关键词碳纳米管石墨

2、烯制备应用ＦｒｏｍＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓｔｏＧｒａｐｈｅｎｅ：ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ１，ＳＵＮＧｕａｎｇｈｕｉ２，ＬＩＣｈｕｎｌｉｎ１，ＪＩＮＪｉａｎｇｂｉｎ１ＣＨＥＮＬｉｕｑｕｎ（１ＴａｉｚｈｏｕＣｉｔｙＨｕａｎｇｙａｎＭｉｎｇｊｉａｎｇＰｌａｓｔｉｃａｎｄＲｕｂｂｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｔａｉｚｈｏｕ３１８０２６；２ＨｅｎａｎＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２）ＡｂｓｔｒａｃｔＣａｒｂｏｎｎａ

3、ｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｔｈｅｍｏｓｔｓｈｉｎｉｎｇｓｔａｒｓｓｉｎｃｅｔｈｅｙｈａｖｅｍａｎｙｆａｓｃｉｎａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｓｉｎｃｅｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓｍａｎｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｏｎｔｈｅｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒ－ｔｉｅｓ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｈａｖｅｂｅｅｎａｄａｐｔｅｄｏｎｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ

4、ｇｒａｐｈｅｎｅｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｂｏｕｔｇｒａｐｈｅｎｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ在纳米电子学领域有着令人瞩目的应用前景。０引言碳是自然界中极其丰富的元素之一，也是同素异形体最为丰富的元素之一。金刚石和石墨是被大家所熟知的碳的最常见的两种同素异形体。１９８５年富勒烯的发现让人们认识

5、了碳家族的一位新成员，并促使人们去发现更多碳的同素异形体。１９９１年碳纳米管的问世进一步丰富了碳家族，碳纳米管因其优异的电学、力学、热学和物理化学等性能在众多领域都有着潜在的应用前景，在过去的２０年间受到研究者们广泛的关注。２００４年石墨烯的发现在完善碳家族成员的同时也将人们对碳纳米材料的研究推向了一个新的高度。１石墨烯的结构和性能石墨烯又称单层石墨，是一种二维平面的蜂窝状结构，也是零维的富勒烯、一维的碳纳米管及三维的石墨最基本的组成单元（如图１所示）［１］，因此对石墨烯的研究将有助于推图１二维平面结构的石墨烯

6、是其他碳材料的动对碳家族其他材料的深入研究。然而，在目前已知的众多基本组成单元碳家族成员中，石墨烯是最晚才被发现的［２］，因而对于石墨Ｆｉｇ．１Ｇｒａｐｈｅｎｅａｓｔｈｅｂａｓｉｃｕｎｉｔｏｆ０Ｄｆｕｌｌｅｒｅｎｅ，１Ｄ烯的研究往往会借鉴之前其他碳材料的研究方法和手段。ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ａｎｄ３Ｄｇｒａｐｈｉｔｅ其中，与石墨烯性能最为接近的碳纳米管的研究为石墨烯的二维的石墨烯本身是半金属性，或者说是零带隙的半导研究提供了很多直接的借鉴［３］。体，同时具有金属和半导体的一些特性。而当石墨烯的尺寸碳纳

7、米管可以被看作是由石墨烯直接无缝卷曲而成的，达到跟单壁碳纳米管一样的准一维时（又称为石墨烯纳米根据层数的不同，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。带），同样也会根据石墨烯带的宽度和边缘结构的不同而表而根据卷曲向量的不同，单壁碳纳米管又可以表现出金属性现出金属性或者半导体性。紧束缚计算表明锯齿状边缘的或半导体性两种特性［４］。正是由于这种性质，单壁碳纳米管石墨烯带总是呈现出金属性，而扶手椅状边缘的石墨烯带则陈留群：女，１９８４年生，硕士，主要从事功能材料研究Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｌｉｕｑｕｎ１０１６＠ｓｉｎａ．ｃ

8、ｏｍ·１１６·材料导报２０１１年１１月第２５卷专辑１８可能呈现金属性或者半导体性，主要取决于石墨烯带的宽小组则利用金属中含有的少量碳在不外加碳源的情况下直度［５］。而密度泛函理论的计算及实验结果进一步表明半导接制备石墨烯［２１］。体性的石墨烯纳米带的带隙与纳米带的宽度成反比［６－８］。因此石墨烯纳米带与单壁碳纳米管有着极为相似的电学性质。２石墨烯的制备２．１石墨烯纳米带的制备正是由于石