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- 發布時間2017-12-21 18:21
- 發布人金彩集團
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一(yi)、 石墨烯(xi)
石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨(mo)烯(xi)既是(shi)最薄的材料，也是(shi)最強(qiang)韌的材料，斷裂強(qiang)度比最好的鋼(gang)材還(huan)要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料。
石墨(mo)(mo)烯目(mu)前(qian)最有潛力的應用是成為硅(gui)的替代(dai)品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨(mo)(mo)烯取(qu)代(dai)硅(gui)，計算機處理(li)器(qi)的運行速(su)度(du)將會快(kuai)數百倍。另外，石墨(mo)(mo)烯幾乎(hu)是完(wan)全透(tou)明(ming)的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。
二、 石墨烯復(fu)合材料
石墨烯很難作(zuo)為單一原料(liao)(liao)生產某種產品(pin)，而主要是利用其突(tu)出特(te)性與其它材料(liao)(liao)體系進行復合．從(cong)而獲得具(ju)有優異性能的新型復合材料(liao)(liao)。
01石(shi)墨烯復合材料的(de)結(jie)構(gou)
圖(tu) 石墨烯基復合材料(liao)的結構示意圖
（a）石墨烯負載的復合材料
石墨烯負載的復(fu)合材料是在石墨烯表面(mian)引(yin)入第二組(zu)分并在其(qi)表面(mian)進行外延(yan)伸(shen)展得到的。
（b）石墨烯包裹的復合材料
石墨(mo)烯包裹(guo)的復合(he)材料是用(yong)石墨(mo)烯片將第(di)二組分(fen)(fen)包裹(guo)得到(dao)的，可(ke)以(yi)更有效地防(fang)止第(di)二組分(fen)(fen)的聚合(he)。
（c）石墨烯內嵌的復合材料
石(shi)墨烯內嵌(qian)的(de)復合(he)材料(liao)是(shi)將石(shi)墨烯納米片(pian)作為(wei)填充(chong)物充(chong)分分散在第二組分的(de)基體(ti)(ti)相(xiang)中得到的(de)。其中基體(ti)(ti)相(xiang)可以(yi)是(shi)納米材料(liao)，也可以(yi)是(shi)塊體(ti)(ti)材料(liao)組成。
（d）基于石墨烯層狀復合材料
石墨烯(xi)層狀復合材(cai)料是(shi)將第(di)二(er)組分(fen)和(he)石墨烯(xi)片交替堆積而(er)成(cheng)，該結(jie)構可以使石墨烯(xi)與第(di)二(er)組分(fen)的接觸(chu)面積最大(da)化，并有利于電子的產生、傳輸和(he)分(fen)離。
02石墨烯基復合材料的分類
石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)具有(you)諸多(duo)優異的性(xing)(xing)(xing)(xing)能，如(ru)導(dao)電導(dao)熱(re)性(xing)(xing)(xing)(xing)好、韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)好、比表面(mian)積大等等，這些性(xing)(xing)(xing)(xing)能使得石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)基復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)呈(cheng)現出(chu)許多(duo)優異的特性(xing)(xing)(xing)(xing)。如(ru)以石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)為載體負載納米(mi)粒子(zi)，可(ke)以提高(gao)這些粒子(zi)的催化性(xing)(xing)(xing)(xing)能、傳導(dao)性(xing)(xing)(xing)(xing)能；利用石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)較好的韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)，將其添加到高(gao)分(fen)子(zi)中，可(ke)以提高(gao)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)的機械性(xing)(xing)(xing)(xing)能和導(dao)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。按第二組分(fen)的不同，可(ke)將石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)分(fen)為石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)-納米(mi)粒子(zi)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)、石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)-聚(ju)合(he)(he)(he)(he)物(wu)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)和石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)-碳基材(cai)料(liao)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材(cai)料(liao)。
（1）石墨(mo)烯-納米粒子(zi)復合材料
納(na)(na)(na)米粒子(zi)其獨(du)特的物理(li)化學(xue)性質引起(qi)納(na)(na)(na)米科學(xue)工作的極(ji)大興趣，但尋找合適的載體(ti)成(cheng)為納(na)(na)(na)米粒子(zi)廣泛應用的一個(ge)難題。石墨烯與(yu)其他碳材料(liao)（碳納(na)(na)(na)米管、富勒烯等）相比，表現出(chu)優異的電學(xue)、光(guang)學(xue)等物理(li)化學(xue)性質，以及有(you)較(jiao)低的制備成(cheng)本，使得(de)石墨烯成(cheng)為了納(na)(na)(na)米粒子(zi)的潛在(zai)載體(ti)。由于片層間范德華力的作用, 石墨烯往往存在著不可逆的團聚現象，而存在于石墨烯層間的納米粒子正好起到分離鄰近石墨烯片層、 防止發生團聚的作用。近年來，人們創造性地將石墨烯與納米粒子復合起來，形成了一個新的研究領域。
（2）石墨烯-聚合物復合材(cai)料
之前已經有(you)許多(duo)關于(yu)碳基材(cai)料(liao)(liao)-聚合物(wu)(wu)(wu)復合材(cai)料(liao)(liao)的(de)報道，特別是基于(yu)碳納米線、碳納米管和(he)(he)富勒(le)烯-聚合物(wu)(wu)(wu)復合材(cai)料(liao)(liao)的(de)研究，作(zuo)為碳材(cai)料(liao)(liao)家族獨特的(de)一(yi)員，石(shi)墨烯同(tong)樣(yang)可以作(zuo)為添(tian)加材(cai)料(liao)(liao)或載體與聚合物(wu)(wu)(wu)進(jin)行復合。石(shi)墨烯由于(yu)其獨特的(de)結構和(he)(he)性(xing)(xing)(xing)能，在(zai)改(gai)善聚合物(wu)(wu)(wu)的(de)熱性(xing)(xing)(xing)能、力學性(xing)(xing)(xing)能和(he)(he)電性(xing)(xing)(xing)能等(deng)方面具有(you)相(xiang)當(dang)大的(de)應用價值。
（3）石墨烯-碳基材(cai)料復合(he)材(cai)料
石墨烯(xi)(xi)除了能夠和納米粒子、高(gao)聚物(wu)復合外，還可以(yi)與其(qi)他(ta)碳(tan)基(ji)材(cai)料(liao)（碳(tan)納米管、富(fu)勒烯(xi)(xi)等(deng)）組裝形成復合材(cai)料(liao)，這(zhe)些(xie)碳(tan)基(ji)材(cai)料(liao)可以(yi)相互組合而呈現出一些(xie)優越的性能。
03石墨(mo)烯復合材料(liao)的應(ying)用
石墨(mo)烯(xi)由于其具有獨特的二維結構(gou)使其成為一個制備(bei)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)非(fei)常理想(xiang)的成分，而石墨(mo)烯(xi)內在的優異(yi)性(xing)能也(ye)使得石墨(mo)烯(xi)基復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)呈現(xian)出許(xu)多(duo)優異(yi)的特性(xing)，并受(shou)到了許(xu)多(duo)研究者的關注。同時(shi)復(fu)合(he)物的制備(bei)也(ye)拓寬了石墨(mo)烯(xi)材(cai)(cai)料(liao)的研究領域，使得石墨(mo)烯(xi)材(cai)(cai)料(liao)向實際(ji)應用方面更邁進(jin)了一步。
（1）在催化領域的應用
由于石(shi)墨(mo)烯(xi)具有(you)優異(yi)的導電(dian)性(xing)、導熱(re)性(xing)和結構穩(wen)定性(xing)等性(xing)能以及(ji)具有(you)改性(xing)擔(dan)載金屬催(cui)化(hua)劑(ji)的作用，使得(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)基催(cui)化(hua)劑(ji)擁有(you)了許多(duo)特殊的催(cui)化(hua)活性(xing)。
（2）在電化學(xue)領域的應用
為了得到高比容超級電容器，一些研究組設計合成了多種石墨烯復合材料將其應用于電極材料，如：聚苯胺/石墨烯、MnO2/石墨烯等。但是石墨烯易發生團聚而不能有效利用，這也是石墨烯在電化學領域廣泛應用的一個難題。
（3）在生物(wu)醫藥領域(yu)的應用
石墨烯(xi)(xi)的部分雙鍵被氧化以后轉化為(wei)石墨烯(xi)(xi)氧化物,其所攜帶的羥基、羧基、環氧基、羰基等親水性官能團，讓石墨烯氧化物可以在水溶液或生理溶液中穩定存在，具有較高的水溶性，有望像溶液一樣適應于靜脈注射；另外，石墨烯還具備低毒性、比表面積大等特點，在藥物載體中有潛在的應用價值。目前石墨烯復合材料在生物醫藥領域的應用存在載藥種類少和治愈范圍小等缺點，其負載抗癌藥物主要為鹽酸阿霉素、三苯氧胺檸檬酸鹽和喜樹堿類等，未來可將石墨烯復合物應用于蛋白和基因藥物靶向運輸和治療等更深層次方面。
（4）在含(han)能材料領(ling)域的應(ying)用(yong)
火(huo)炸(zha)藥在(zai)國防、民用等各個領域都是不(bu)可替(ti)代(dai)的(de)，所以它的(de)安全性是很重要(yao)(yao)(yao)的(de)，既要(yao)(yao)(yao)能穩(wen)定的(de)存在(zai)又要(yao)(yao)(yao)便于檢測(ce)。而石墨(mo)烯(xi)具有一定的(de)鈍感性和導(dao)電導(dao)熱(re)性，在(zai)含能材料領域有一定的(de)應用價值，目前主(zhu)要(yao)(yao)(yao)體現在(zai)炸(zha)藥傳感器和包覆降感上(shang)。
石墨烯以其獨特的結構和性質一出現即成為材料領域研究熱點。目前石墨烯復合材料的研究主要(yao)集中(zhong)在石墨烯-納米粒子復合材料、石墨烯-聚合物復合材料和石墨烯-碳基材料復合材料及其在催化、電化學、生物醫藥和含能材料等領域的應用研究上。其中石墨烯在含能材料領域的應用相對較少，結合石墨烯優異的增強效果以及含能材料的性質，相信石墨烯在含能材料領域的應用將成為一個研究熱點。
資料(liao)來源：中國(guo)復合材(cai)料(liao)學會，石墨烯資訊編輯整理，轉載請注明(ming)出處
