石墨烯基复合的制备及其性质概念.docx

研究生专业课程考试答题册得分：学号2016260713姓名李亚飞考试课程先进复合材料学考试日期2016年1月16日西北工业大学研究生院石墨烯基复合材料的制备及其性质摘要石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文介绍了石墨烯基聚合物复合材料和石墨烯无机纳米复合材料的制备及性质。关键词：石墨烯；制备；性质；复合材料AbstractGraphene its excellent performance and unique two-dimensional structure has become a hot research field of materials. This article reviews the graphene preparation and analysis and comparison of the advantages and disadvantages of each method, a brief introduction to mechanical, optical, electrical and thermal properties of graphene. Graphene-based composite material is graphene applications in important research, this paper describes the preparation and properties ofgraphene-based polymer composites and inorganic nano-graphenecomposites.Keywords:graphene; preparation; properties; composite一、引言自从石墨烯单层结构被诺沃肖洛夫等人在2004年首次剥离之后，有关石墨烯及其应用特性的研究在多个领域得到了广泛发展。石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单原子层，排列成二维六角网格状的晶体。当施加外部机械力时，碳原子层就会弯曲变形来适应外力，而不必使碳原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。石墨烯中的电子在二维六角网格中运动时，不会因晶格缺陷或掺杂原子而发生散射。由于原子间相互作用力较强，即使在常温下周围碳原子间发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯具有许多优异的性质，如理论上理想的单层石墨烯的比表面积达2630 m2/g，而厚度仅为0.35 nm；理想情况下，电子在石墨烯上的运动速度远超过在一般导体中的运动速度，达到了光速的1/300；石墨烯的拉伸模量和力学强度分别可达1000和130GPa，是目前已知最高的，为钢的100多倍。为了在各种应用中进一步发掘这些性质，研究人员对石墨烯及石墨烯基复合材料的合成进行了多种合成路径的开发。迄今为止，石墨烯已经被成功地与无机纳米结构、有机晶体、聚合物、金属有机框架结构、生物材料、碳纳米管等材料复合，并在电池、超级电容器、燃料电池、光催化、传感、拉曼增强等领域得到了广泛的研究。1.1、石墨烯的制备石墨烯的制备从最早的机械剥离法开始逐渐发展出多种制备方法, 如: 晶体外延生长法、化学气相沉积法、液相直接剥离法以及高温脱氧和化学还原法等。我国科研工作者较早开展了石墨烯制备的研究工作。化学气相沉积法是一种制备大面积石墨烯的常用方法。目前大多使用烃类气体(如CH4、C2H2、C2H4等)作为前驱体提供碳源, 也可以利用固体碳聚体提供碳源, 如Sun 等利用化学气相沉积法将聚合物薄膜沉积在金属催化剂基体上, 制备出高质量层数可控的石墨烯。与化学气相沉积法相比, 等离子体增强化学气相沉积法可在更低的沉积温度和更短的反应时间内制备出单层石墨烯。此外晶体外延生长法通过加热单晶6H-SiC 脱除Si, 从而得到在SiC表面外延生长的石墨烯。但是SiC晶体表面在高温过程中会发生重构而使得表面结构较为复杂, 因此很难获得大面积、厚度均一的石墨烯。而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也越来越受研究人员的关注。相比于其他方法, 通过有机合成法可以制备无缺陷且具有确定结构的石墨烯纳米带。与上述自下而上的合成方法不同, 自上而下的方法可提高石墨烯产率并且易于制备。如简单易行的化学剥离法和氧化石墨还原法, 后者已成为实验室制备石墨烯最简单的方法。而接下来发展的溶剂剥离法比氧化还原法毒性小, 并且不会破坏石墨烯的结构。除化学还原法外, 也可通过电化学方法将石墨氧化物还原成石墨烯, 但该法制备得到的石墨烯中C和O原子比值较