石墨烯納米材料論文

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1、石墨烯納米材料摘要：石墨烯是繼富勒烯、碳納米管之后發(fā)現(xiàn)的一種具奮二維平面結(jié)構(gòu)的碳納米材料，它自2004年發(fā)現(xiàn)被以來(lái)，成為凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)等領(lǐng)域的一個(gè)研宄熱點(diǎn)。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，它是構(gòu)筑零維富勒烯、一維碳納米管、三維體相石墨等sp2雜化碳的基本結(jié)構(gòu)單元，具有很多奇異的電子及機(jī)械性能。因而吸引了化學(xué)、材料等其他領(lǐng)域科學(xué)家的高度關(guān)注。本文簡(jiǎn)要介紹了石墨烯的性能特點(diǎn)、制備方法，著重對(duì)石墨烯納米復(fù)合材料進(jìn)行了介紹，對(duì)石墨烯納米材料的制備方法、理化性質(zhì)、及應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：石墨烯納米材料復(fù)合物特性制備

2、應(yīng)用引言：石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，因其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等性能，己經(jīng)深深地影響了物理、化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、納米電子器件、能量?jī)?chǔ)存、生物醫(yī)學(xué)和傳感器等范圍，表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景。石墨烯是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的新型碳納米材料，它基本具有碳材料的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還擁有更高的比表而積和導(dǎo)電率，能夠克服碳納米管的一些缺陷，使其成為了一個(gè)非常理想的納米組合成分來(lái)制備石墨烯的復(fù)合材料。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，越來(lái)越多科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注基于石墨烯的復(fù)合材料的研究。0前，石墨烯的復(fù)合材料己在催化、儲(chǔ)能、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)越的性

3、質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值。例如，將石墨烯添加到高分子中，可以提高高分子材料的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能：通過(guò)石墨烯與許多不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的納米粒子進(jìn)行復(fù)合，制備出新型石墨烯一、石墨烯的性能特點(diǎn)1、導(dǎo)電性石墨烯穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子只有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周?chē)荚影l(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。2、機(jī)械特性石墨烯集成電路石墨烯是人類(lèi)已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還耍高上100倍。哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家對(duì)石墨烯的機(jī)械特

4、性進(jìn)行了全而的研宂。他們選取了一些10—20微米的石墨烯微粒。研允人員先是將這些石墨烯樣品放在/一個(gè)表面被鉆有小孔的晶體薄板上，這些孔的直徑在1一1.5微米之間。之后，他們用金剛石制成的探針對(duì)這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力，以測(cè)試它們的承受能力。在石墨烯樣品微粒開(kāi)始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力居然達(dá)到丫大約2.9微牛。據(jù)科學(xué)家們測(cè)算，這一結(jié)果相當(dāng)于要施加55牛頓的壓力才能使1米長(zhǎng)的石墨烯斷裂。如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能承受大約兩噸重的物品。3、飽和吸收當(dāng)輸入的光波強(qiáng)度超過(guò)閾值時(shí)，這獨(dú)特的吸收性質(zhì)會(huì)開(kāi)始變得飽和

5、。這種非線性光學(xué)行為稱為可飽和吸收，閾值稱為飽和流暢性。給予強(qiáng)烈的可見(jiàn)光或近紅外線激發(fā)，因?yàn)槭┑恼w光波吸收和零能隙性質(zhì)，石墨烯很容易就變得飽和。石墨烯可以用于光纖激光器的鎖模運(yùn)作。用石墨烯制備成的可飽和吸收器能夠達(dá)成全頻帶鎖模。由于這特殊性質(zhì)，在超快光子學(xué)里，石墨烯有很廣泛的應(yīng)用空間。4、自旋傳輸科學(xué)家認(rèn)為石墨烯會(huì)是理想的旋電子學(xué)材料，因?yàn)槠?旋-軌道作用很小,而且碳元素幾乎沒(méi)有核磁矩。使用非局域磁阻效應(yīng)，可以測(cè)量出，在室溫狀況，自旋注入于石墨烯薄膜的可靠性很高，并且觀測(cè)到自旋相干長(zhǎng)度超過(guò)1微米。使用電閘，可以控制自旋電流的極性。

6、5、電子的相互作用石墨烯屮電子間以及電子與蜂窩狀柵格間均存在著強(qiáng)烈的相互作用?？茖W(xué)家借助了美國(guó)勞倫斯們克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“先進(jìn)光源（ALS）”電子同步加速器。這個(gè)加速器產(chǎn)生的光輻射亮度相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上X射線強(qiáng)度的1億倍?？茖W(xué)家利用這一強(qiáng)光源觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，石墨烯中的電子不僅與蜂巢晶格之間相互作用強(qiáng)烈，而且電子和電子之間也有很強(qiáng)的相互作用。二、石墨烯復(fù)合材料制備由于石墨烯具有高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率、高比表面積，用蘇對(duì)聚合物材料進(jìn)行改性有望得到高性能的聚合物基復(fù)合材料，使復(fù)合材料具有高電導(dǎo)率、高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性并具有一定的阻燃性，進(jìn)一步擴(kuò)大聚合物材料的應(yīng)用范

7、圍。先按照目標(biāo)制備出表而改性的石墨烯，使其具有親油或親水性；再講改性石墨烯與聚合物材料進(jìn)行復(fù)合制備聚合物基/石墨烯復(fù)合材料。改性后的石墨烯可以更好地分散于聚合物基體中。此用途的石墨烯可取代價(jià)格昂貴的碳納米管來(lái)填充聚合物，使聚合物基復(fù)合材料的性能及因公得到進(jìn)一步提高。三、常見(jiàn)石墨烯納米材料1、石墨烯/無(wú)機(jī)物納米材料石墨烯/無(wú)機(jī)物納米材料是石墨烯與無(wú)機(jī)物復(fù)合的納米材料，它兼具石墨烯與復(fù)合的無(wú)機(jī)物的優(yōu)良特性。如：①石墨烯/SiO2納米復(fù)合材料，它的電導(dǎo)率比石墨烯增大了很多，透射率也很好：②石墨烯/Pt納米復(fù)合材料，它的催化效果比單純的Pt要好

8、很多，也可用于制作電極，效果也很好；③石墨烯/TiO2納米復(fù)合材料，它的電阻約為原來(lái)的1/8,用于電的傳輸時(shí)，可以大大的減少電的損耗。所以，石墨烯/無(wú)機(jī)物納米材料相對(duì)石墨烯而言，許多性能更加優(yōu)異。2、石墨烯