石墨烯的制备及其应用进展.pdf

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1、Vol_40．No．12i期工程塑料应用ENGINEER1NGPLASTICSAPPLICAT10NDec．2012doi：10．3969／j．issn．1001-3539．2012．12．024石墨烯的制备及其应用进展高坤光，刘毅，张振，王德禧(青岛中科昊泰新材料科技有限公司，青岛胶州266326)摘要：概述了石墨烯(GNs)的定义及发展史，介绍了GNs的特性及表征方法，详细介绍了GNs的9种制备方法。最后综述了GNs在聚合物中的应用情况，展望了GNs未来的应用前景。关键词：石墨烯；复合材料；制备；功能化；表征；衍生物；应用

2、中图分类号：TQ127．1文献标识码：A文章编号：1001—3539(2012)12-0102-06AdvancesinthePreparationandApplicationofGrapheneGaoKunguang，LiuYi，ZhangZhen，WangDexi(QingdaoZhongkeHaotaiNewMaterialScience&TechnologyCo．Ltd．，Jiaozhou100740，China)Abstract：Thedevelopmenthistoryandthedefinitionofgraph

3、enewereoverviewed．Propertiesandcharacterizationmethodsofgraphenewereintroduced．Amongthese，theninesortsofpreparationmethodswereintroducedindeta1．Theapplicationsofgrapheneonpolymerswerereviewedatlast．Thefutureapplicationsofgraphenewereprospected．Keywords：graphene；comp

4、osite；preparation；functionalization；characterization；derivant；application1石墨烯概述“石墨烯(GNs)”是指层数小于10的石墨片，只有它才表现出GNs的独特性能，而层数大于10的石墨片与石墨性质没有差别，所以通常将层数小于10的石墨片称为GNs。有关GNs的研究可以追溯到1960年⋯，由于单片的GNs不稳定，任何微小的温度波动都会破坏它的结构，GNs的尺寸非常小，难以被发现，传统理论认为准二维晶体材料由于自身的热力学不稳定性，容易在室温条件下分解，受此影

5、a—GNs；b一富勒烯(0维)；c—cNTs(一维)；(卜一石墨(三维)响，作为构成上述材料结构单元的准二维碳纳米材料——图1GNs及所构筑的其它维数碳质材料示意图GNs一直被视为理论模型而存在。直到2004年GNs被安拉伸强度高达130GPa(是优质钢的100倍)，其拉伸弹性德烈·海姆等用透明胶带剥离法发现及2007年Meyer等模量高达1．0TPa；高透明度，对光的吸收率只有2．3％左右；报道单层GNs片层可以在真空或空气中自由地附着在微型超大的比表面积(2630m／g)；与昂贵的富勒烯和碳纳米金属支架上，这些片层只有一个

6、碳原子层厚度(0．35nm)，自管相比，氧化GNs(GO)价格低廉，原料易得。此外，GNs由态的GNs在室温下的真空或空气中可以稳定存在，从此还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质；电子穿才纠正了关于GNs不稳定的错误观念。过GNs几乎没有任何阻力，产生的热量少，导电效率高，是单层GNs以二维晶体结构存在，是构成其它维度碳质已知导电性能最优良的材料。GNs因其优异的导电性、导热材料的基本单元，包裹起来的是零维的富勒烯，卷起来形成性和力学性能，有望作为超级纳米材料广泛应用于电子、光了一维的碳纳米管(CNTs)，层层堆积形成

7、的是三维石墨，所电、电容器及传感器等领域。以GNs被称之为“碳材料之母”。其示意图如图1所示。1．2GNs的表征1．1GNs的特性GO和还原GNs(RGO)的红外光谱图及广角x射线GNs是一种没有能隙的半导体，具有优异的载流子特性及优异的电学质量，具有比硅高100倍、比砷化镓快2O倍联系人：王德禧，研究员，中塑协专家委员会秘书长，主要从事新的载流子迁移率[2×10cm／(V·S)]，且不随温度而变化；型高分子材料及产业化研究良好的热导率[5000W／(m·K)]，是金刚石的3倍；强度高，收稿日期：2012—09—18高坤光，等

8、：石墨烯的制备及其应用进展103衍射(WAXD)谱图分别如图2及图3所示。尺度在10nm以下。目前应用最广泛的GNs制备方法是氧化石墨还原法。该方法是将石墨氧化分散(借助超声、高速离心)于水或有机溶剂中，形成稳定均相的溶胶，再用还原剂还原成单层或多层GNs。近来有研究者用环境