——石墨烯的制方法及其应用特性.doc

石墨烯论文石墨烯的制备石墨烯的应用石墨稀22212的静电作用 ,制备出了在水中稳定分散的石墨烯悬浮液 ,而且拥有相当高的电导率(7200S/ m) 。 氧化-还原法唯一的缺点是制备的石墨烯存在一定的缺陷 ,例如 ,五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH 基团的结构缺陷 ,这些将导致石墨烯部分电学性能的损失 ,使石墨烯的应用受到限制 ,但是这种制备方法简便且成本较低 ,不仅可以制备出大量石墨烯悬浮液 ,而且有利于制备石墨烯的衍生物 ,拓展了石墨烯的应用领域。 溶剂剥离法 溶剂剥离法是最近两年才提出的 ,它的原理是将少量的石墨分散于溶剂中 ,形成低浓度的分散液 ,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力 ,此时溶剂可以插入石墨层间 ,进行层层剥离 ,制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构 ,可以制备高质量的石墨烯。剑桥大学 Hernandez等 发现适合剥离石墨的溶剂最佳表面张力应该在40～50mJ/ m的平方 ,并且在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率最高(大约为8 %) ,电导率为6500S/ m。进而Bar2ron 等 研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯 ,整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷 ,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。唯一的缺点是产率很低 ,限制它的商业应用。 溶剂热法 溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中 ,采用有机溶剂作为反应介质 ,通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度) ,在反应体系中自身产生高压而进行材料制备的一种有效方法。Choucair 等 用溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题,同时也带来了电导率很低的负面影响。为解决由此带来的不足 ,研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量的石墨烯。Dai 等 发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合将成为石墨烯制备的又一亮点。 其它方法 石墨烯的制备方法除了上面介绍的外 ,还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等 。笔者认为如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势 ,取长补短 ,解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题 ,完善结构和电性能等是今后研究的热点和难点 ,也为今后石墨烯的合成开辟新的道路。 石墨烯的功能化 目前石墨烯的功能化已经发展成为制备某种特定性能的石墨烯或是解决石墨烯某方面性能的不足 ,功能化石墨烯不仅保持了原有的性能 ,还表现出修饰基团的反应活性 ,为石墨烯的分散和反应提供了可能,从而拓展其应用领域。根据表面化学成键方式的不同 ,石墨烯的功能化可以分为非共价键功能化和共价键功能化。 2.1 　非共价键功能化 非共价键功能化是指借助π2π作用、氢键或静电作用使石墨烯功能化 ,提高石墨烯的性能。北京大[19]学的 Hou 等 利用高共轭体系拥有大量的π电子的2 ,2’-2(2-52已二烯1 ,4-二基)丙二腈(TCNQ)制备水溶性和有机溶剂性石墨烯分散液。TCNQ 很容易和石墨烯表面通过π2π作用而吸附 ,而且 TCNQ比较容易离子化 ,使其成为带负电的阴离子 ,有利于制备功能化的石墨烯分散液 ,制备的石墨烯可以在N ,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜极性溶剂中稳定分散。还有利用磺化聚苯胺共轭作用制备水溶性石墨烯分散液 ,而且制备的石墨烯粉末具有一定的可分散性。 2.2 　共价键功能化 共价键功能化石墨烯是在利用化学路线合成石墨烯的过程中 ,在氧化石墨表面接枝上具有其他功能结构的分子 ,主要是化学路线合成的石墨烯存在大量的含氧基团 ,例如羧基、羟基、环氧基等 ,这些基团可以使一些化合物很容易以共价键的形式接枝在石墨烯表面。上海复旦大学 Ye 带领的团队 利用静电作用使石墨烯均匀的分散于树脂和涂料中 ,制备了石墨烯复合材料。石墨烯表面通过共价键分别接枝上聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸(PAA) ,在一定条件下 PAM 带正电 ,PAA 带负电 ,这使得石墨烯表面带上电荷 ,通过静电作用 ,正电层和负电层通过层层自组装形成多层结构。Niu 等 制备的聚左旋赖氨酸功能化的石墨烯新型材料 ,这种物质具有很好的水溶性和生物相容性 ,为石墨烯在生物方面的应用提供了有力的依据。石墨烯还可以被芳基重氮盐、聚丙烯酸盐和聚乙烯醇修饰 ,使石墨烯在不添加任何表面活性剂的条件下就可以长期稳定分散于溶剂中 ,而且提高了其在溶剂中的分散浓度 。随着石墨烯的进一步研究 ,石墨烯功能化越来越受到科研工作者的关注。 3 　石墨烯的应用 3.1 　透明电极 工业上已经商业化的透明薄膜材