石墨烯基材料在土木工程中的应用研究.pdf

河南建材2024年第9期

石墨烯基材料在土木工程中的应用研究

122,3

周林丽滕晓飞李艳敏

1中山市金博化工有限公司（528400）2广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室，

广东省地震工程与应用技术重点实验室（510000）

3西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室（710000）

摘要:

石墨烯因具有更好的抗拉强度和杨氏模量而广泛应用于增强各种复合材料的性能。为进一步推动我

国绿色节能环保政策的实施，提高土木工程结构的性能，文章基于石墨烯碳单质分子结构的基本特点，对石

墨烯不同的制备方法进行总结，并对功能梯度材料的有限元模拟方法进行介绍，最后结合土木工程行业的现

状对其在该领域的应用进行综述和前景展望，以期实现土木工程行业绿色低碳循环可持续发展提供参考借鉴。

关键词:

石墨烯；绿色环保；复合材料

0引言好钢材强度的100倍；同时还具有很好的韧性，

随着我国“十四五”节能减排综合工作方案可以弯曲，理论杨氏模量可达1.0TPa，固有拉伸

的部署，对建立健全绿色低碳循环发展经济体系，强度可达130GPa[10]。氢离子改性还原的石墨烯也

推进经济社会发展全面绿色转型提出了更加明确具有非常好的强度，平均模量达0.25TPa。石墨

的要求。石墨烯作为一种纯粹由碳骨架构成的完烯同样也具有非常好的防腐性，可以用于结构的

究研验试美二位原子晶体，因其独特的结构和优异的性能保护层，显著延缓金属的腐蚀速度，使其更加坚

引起了科学界的广泛关注[1]。PhilipR.Wallace于固抗腐蚀；此外，石墨烯的耐热性和疏水性也异

20世纪50年代提出了石墨烯的概念并进行电子常优异，相关研究表明其熔点可达5000K[11-12]，

结构的研究，预言了其线性频散关系[2]，随后，多层石墨烯越厚则疏水性越强，这对于工程结构

世界各国学者们对石墨烯纳米材料进行了大量研的防火和防水是非常有意义的。

究，建立了石墨烯激发态的波动方程和狄拉克方

程[3-4]、提出了制备石墨烯的剥离法[5-6]、SiC表面

外延生长法[7]、氧化还原法[8]等。自2004年被成

功剥离以来[9]，石墨烯的研究方向逐渐由制备和

性能转向具有工业化潜能的应用研究，涉及到新

能源、光电器件、生物医药、航空航天等多个领域。

然而，作为已知强度最高的材料之一，石墨烯在图1石墨烯碳分子结构

土木工程行业的研究近几年才展开。文章基于石在化学特性方面，石墨烯可以吸附并脱附各

墨烯碳单质分子结构的基本特点，对石墨烯的基种原子和分子，也可以在空气中或是被氧化性酸

本特性、不同制备方法等进行总结，并结合土木氧化，从而可以通过此类方法将石墨烯裁成小碎

工程行业的现状特点对其在该领域的应用进行综片。事实上，石