石墨烯综述

石墨烯综述 基于石墨烯的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 化学 学院名称 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程 学生姓名 王会亮 学 号 1043113149 摘要:石墨烯自2004年被发现以来，迅速成为全球各国政府、科研机构和跨国企业竞相投入巨资开发的超级材料。欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一。中国在《新材料产业“十二五”发展规划》中明确提出积极开发石墨烯材料。石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，在电子通讯、锂离子电池、航天军工、生物医药、环保、太阳能、光电等传统领域和新能源、新材料等新兴领域都将带来革命性的技术进步。本文 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 概述了近几年石墨烯在材料化学方面的研究进展，包括石墨烯的制备、力学性能、表征及石墨烯的复合材料等方面的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。 关键词:石墨烯;功能化;复合材料:纳米材料 一、引言 近些年，电子产业(计算机、通信、自动化等)的飞速发展已使人们的生活发生了巨大的改变，电子器件正朝着微型化的方向迈进但其性能却越来越好。不可否认单晶硅材料发挥了巨大作用，但随着器件尺寸的不断缩小，极限问题随之而出，如特征线宽的缩小和芯片集成度的提高到底有没有限制?一方面，工艺上再努力也无法达到更窄的线宽，主要体现在了光刻精度方面上;另一方面，集成器件的尺寸不断缩小，一些物理效应将影响器件的正常工作，并可能最终导致失效。那么，为了克服这一瓶颈，是否存在更好的电子器件材料来代替单晶硅呢?当碳纳米管被广泛关注与研究时，人们设想可以用碳纳米管来代替硅。可是，合成碳纳米管的成本较高。 2004年，二维结构石墨烯的发现者—英国曼切斯特大学物理和天文学系Geim和Novoselov也为此获得了08年诺贝尔物理学奖的提名。与碳纳米管相比，石墨烯有完美的杂化结构，大的共轭体系使其电子传输能力很强，而且合成石墨烯的原料是石墨，价格低廉，这表明石墨烯在应用方面将优于碳纳米管。与硅相比，石墨烯同样具有独特优势:硅基的微计算机处理器在室温条件下每秒钟只能执行一定数量的操作，然而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也极少。此外，石墨烯本身就是一个良好的导热体，可以很快地散发热量。由于具有优异的性能，因此如果石墨烯用来制造电子产品，则运行的速度可以得到大幅提高。速度还不是石墨烯的唯一优点。硅不能分割成小于10 nm的小片，否则其将失去诱人的电子性能;与硅相比，石墨烯被分割时其基本物理性能并不改变，而且其电子性能还有可能异常发挥。因而 ，当硅无法再分割得更小时 ，比硅还 小的石墨烯可继续维持摩尔定律，从而极有可能成为硅的替代品推动微电子技术继续向前发展。 因此，石墨烯奇特的物理、化学性质，也激起了物理、化学、材料等领域科学家极大的兴趣自04年之后，关于石墨烯的研究报道层出不穷，在Science、Nature 上相关报道就有400余篇，又一场碳化学的革命正在悄然兴起。本文主要介绍了石墨烯近几年的研究进展，包括石墨烯的制备、表面功能化、表征及基于石墨烯的复合材料等方面的内容。 二、石墨烯简介 是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片 剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。 图1 石墨烯的结构 石墨烯的理论比表面积高达2600m2/g，具有突出的导热性能(3000W?m-1?K-1)和力学性能(1060GPa )，以及室温下较高的电子迁移率 (15000 cm2?V -1?s -1)。此外，它的特殊结构，使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质，因而备受关注。 三、石墨烯的特点与其基础性质及其运输特性的介绍 3.1石墨烯的特点 [1]3.1.1力学性质 石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就 弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构的稳定。美国哥伦比亚大学的一支物理学研究小组经过大量的实验，发现石墨烯是迄今为止世界上最牢固的材料，并对石墨烯的机械性能进行了全面的研究。他们选取10-20微米的石墨烯为研究对象。实验发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，他们每一百纳米距离上可承受的最大压力居然达到了近2.9微牛。可以设想一下，如果用石墨烯制成保鲜膜，将一支钢笔树立在上面，则钢笔上需站上一只大象才能将其戳破。半导体工业有意利用石墨烯晶体管制造微型处理器，从而生产出比现有计算机更快的计算机。加州理工大学的教授茱莉亚?格里尔曾说过，压力恰恰是微型处理器制造过程中遇到的组要阻力之一，而生产晶体管使用的材料不仅要有出色的电子性能，还要能够承受住生产过程中的压力和反复使用过程中产生的热量。她强调，既然石墨烯的强度以被证实，那么有理由相信石墨烯是可以承受住这种压力的。 [2]3.1.2热学性质 石墨烯是一种稳定材料，在发现之前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在。所以它的发现立即震撼了整个凝聚态物理界。虽然理论及实验界均认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯还是在实验室中被制备了出来，这归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构极为稳定。迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，即六边形晶格中的碳原子全部没有丢失或发生移位。各个碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。因此碳原子就不必重新排列来适应外力，也就保持了结构的稳定。 [3]3.1.3电学性质 稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性，石墨烯中电子是没有质量的，而且是以恒定的速率移动，这个行为已被科学家解释为电子在石墨烯里有效质量为零，这和光子的行为极为相似;不管石墨烯中的电子带有多大的能量，电子的运动速率都约是光子运动速率的三百分之一，为106m/s。在2006-2008年间，石墨烯以被制成弹道运输晶体管，人们不仅成功地制造了平面场效应管而且观测到了量子干涉效应[4]，引起了大批科学家的兴趣。 传统材料中载流子(电子、空穴等)在传输过程中受到外场的影响，其运动速度发生改变，而在理想的石墨烯中，载流子(狄拉克-费米子)以恒定的速度运动(vp=106m/s，光速的1/300)，正是由于这种特性使得我们可以在石墨烯中观测到相对论效应。与高能物理中研究相对论的方法相比较，理论预言若使用石墨烯作为研究不但可以抛弃巨大的离子加速器，更重要的是可以在低速下观察相对论效应。与高速下的相对论效应相比，石墨烯中的相对论效应将会出现许多新奇的现象。 四、石墨烯的制备 石墨烯的制备大体可分为物理方法和化学方法。其中，化学方法研究得较早，主要是以苯环或其他芳香体系为核，通过偶联反应使苯环上6个碳均被取代，然后相邻取代基之间脱氢形成新的芳香环，如此进行多步反应使芳香体系变大，但该方法不能合成具有较大平面结构的石墨烯;物理方法主要以石墨为原料来合成，不仅原料便宜易得，而且可得到较大平面结构的石墨烯，因而目前关于此方面的研究比较多，国内也有相关综述[5]。 4.1微机械剥离法 2004年，Geim等首次用微机械剥离法，成功的从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。2007年Meyer等发现单层石墨烯表面有一定高度的褶皱，单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯，且随着石墨烯层数的增加褶皱程度越来越小。从热力学角度来看，这有可能是由于单层石墨烯为降低其表面能，有二维向三维形貌转换，进而可推测石墨烯表面的褶皱可能是二维石墨烯存在的必要条件，石墨烯表面的褶皱对其性能的影响有待科学家的进一步探索。 具体的制备方法:以1mm厚的高取向高温热解石墨为原料，在石墨片上用干法氧等离子体刻蚀出一个5μm深的平台(尺寸为20μm—2mm，大小不等)，在平台的表面涂上一层 2μm 厚的新鲜光刻胶，焙固后，平台面附着在光刻胶层上，从石墨片上剥离下来。用透明光刻胶可重复地从石墨平台上剥离出石墨薄片，再将留在光刻胶里的石墨薄片在丙酮中释放出来，将硅片浸泡其中，提出，再用一定量的水和丙酮洗涤。这样，一些石墨薄片就附着在硅片上。将硅片置于丙酮中，超声除去较厚的石墨薄片，而薄的石墨薄片(d<10nm)就被牢固地保留SiO2表面上(这归结于它们之间较强的范德华力和毛细管作用力)。 微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低及成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。 4.2 化学气相沉淀法 化学气相沉淀法(Chemical Vapor Deposition， CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD 法是反应物质在相当高的温度、气态条件下发生化学反应 ，生成的固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 用CVD法可制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料单晶镍的价格过于昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂[6]。 图2 CVD法制备大面积石墨烯示意图[7] 4.3 氧化-还原法 目前，氧化-还原法以其低廉的成本且容易实现规模化的优势成为制备石墨烯的最佳方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不宜分散的问题。氧化-还原法是指天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。例如改性的hummers法。 氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简单的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。然而氧化-还原法唯一的缺点是制备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，不经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[8]。 4.4 溶剂剥离法 溶剂剥离法是最近几年才提出的，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[27]发现适合剥离石墨的溶剂最佳表面张力应该在40~50mJ/m2，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Barron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。唯一的缺陷是产率很低，限制它的商业应用。 4.5 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有效方法。Choucair等[9]用溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题，同时也带来了导电率很低的负面影响。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。 [10]4.6 SiC热解的外延生长法 首先，样品经过氧化或H2刻蚀表面处理，然后在超高真空下 (1×10-10Torr)经电子轰击加热到1000?，除去氧化物，并用俄歇电子能谱(AES)监测，当氧化物完全去除后，加热样品至1250-1450?，这时将形成石墨烯层，石墨烯的厚度与加热温度相关，且可通过AES(入射能为3keV)中 Si(92eV)和C(271eV) 的峰强度测定石墨烯的厚度。这种方法可得到单层和双层石墨烯，但其缺点在于:难以大面积制备，成膜不均匀;条件苛刻，高温>1100?, 超高真空10-10 Torr(成本高)。 [11]4.7 其他方法 石墨烯的制备方法除了上述介绍的外，还有高温还原、光照还原、微波法、电弧法、电化学法等。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。 五、基于石墨烯的复合物 利用石墨烯优良的特性与其他材料复合可赋予材料优异的性质。如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能;以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用。 5.1 石墨烯/高聚物复合物 功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料。如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物[12]。该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/m，可在导电材料方面得到的应用。 添加石墨烯还可以显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力 学和电学性能等。在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg提高40?。在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30?。添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管PMMA具有更高的强度、模量以及导电率。在聚乙烯醇(PVA)和PMMA中添加质量分数0.6%的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加。在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量(531F/g)比聚苯胺本身的电容量(约为216F/g)大1倍多，且具有较大的拉伸强度(12.6MPa)。这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件[13]。 石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构。通过还原分散在Nafion膜中的氧化石墨烯，可获得有序排列的石墨烯阵列结构(图7a)。采用液氮冷冻法和模板法，也能在高聚物中形成三维有序的石墨烯结构(图7b、7c)。这些有序的结构使石墨烯复合材料在电子材料(如晶体管、太阳能电池)和催化剂载体等领域有着潜在的应用。 图3氧化石墨烯在Nafion膜中横面和纵面示意图以及电子显微镜图(其中插图是2D SAXS) (a);液氮冷却法制备PVA-石墨烯纤维复合物(b);利用功能化后的聚苯乙烯球为模板制备功能化石墨烯球状物，然后将聚苯乙烯利用甲苯溶解，就可得到孔状石墨烯复合材料(c) 5.2 石墨烯/纳米粒子复合物 可与石墨烯形成复合物的纳米粒子有很多，如负载金属纳米粒子(Pt，Au， Pd，Ag)、氧化物纳米粒子(Cu2O，TiO2，SnO2)、以及量子点CdS等等。这些石墨烯-纳米粒子复合物具有在催化、生物传感器、光谱学等领域应用的独特性能[14]。 钯纳米粒子的聚吡咯功能化石墨烯增强甲醇氧化的电催化活性甲醇燃料电池(DMFC)一直被视为未来电源的电动汽车一个潜在的候选，表现出极大的潜力，高效率，低排放的，高发电，但是，由于甲醇氧化反应动力学约束，这些燃料电池的商业化一直面临着太多的困难。甲醇电氧化在酸性溶液中的Pt基电催化剂已在最近几年广泛的研究，但是，成本高，有限的资源Pt不可能使用在商业。此外，Pt基电催化剂，一般经由反应中间体发生失活再到产生毒性，特别是在酸性介质中CO-的中间体。然而，如果甲醇燃料电池(DMFC)，我们发现在碱性，酸性电解质，而不是一个，动力学将被显着改善，然后，可以使用铂电催化剂。 调查PD/聚吡咯对甲醇氧化石墨烯，所有的研究结果表明,具有高的电子电导率和容易电荷转移、pd/聚吡咯石墨烯电催化剂比广泛使用的商用催化剂表现出最高的活性和稳定性[15]。 图4示出了在0.5M的NaOH，所有的催化剂的CO剥离伏安法，扫描速度为50mvS-1的CO剥 离伏安曲线 结果证实， Pd /聚吡咯的石墨烯复合材料的氢氧化钠甲醇氧化活性最高。Pd /聚吡咯，石墨烯和钯/石墨烯的高阳极电流的导电性的石墨烯是高于的商业碳，与在以往报道相一致。所有的上述数据表明， Pd /聚吡咯的石墨烯的展品增强对甲醇氧化的催化活性。此外，石墨烯-纳米Pt复合物在葡萄糖传感器方面也用很好的应用。 图5石墨烯-Pt复合物的TEM图及其甲醇催化的CV曲线(A)、石墨烯-Pd复合物的TEM图及 其衍射花样(B)和石墨烯-Pd复合物的Suzuki-Miyaura催化反应方程式(C) 超级电容器是介于电池与传统电容器之间的新型储能器件，具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽和安全性高等特点，近年来已被广泛应用于移动通讯、信息技术、航空航天和国防科技等领域。基于石墨烯的纳米粒子复合物是超级电容器的理想电极材料。石墨烯具有比表面积大，导电率高，优异的机械灵活性和出色的化学稳定性。石墨烯较大的比表面积有利于纳米粒子的高度分散，优异的导电性有利于在电化学过程中电子从纳米粒子向石墨烯基体的转移，可有效抑制在超级电容器电化学循环过程中发生因团聚而形成的钝态膜现象，提高电极材料循环性能。如使用聚苯乙烯小球为模板球壳我们已经成功地制备了石墨烯纳米空心球。电化学测试表明，石墨烯空心球表现出高比容量273F g -1。石墨烯空心球即使经过5000次循环保持95,的初始电容量。优异的循环性能归因于更少的含氧官能团。循环性得到了有效的提高[16]。 图6石墨烯空心球的制备方法。 (一)PS微球和GO混合;(二)在石墨烯壳上的PS微球 形成;及(c)PS微球移除，获得球状石墨烯壳。 图7制备好的结构SEM照片:(一)PS大小均匀的球体，(B)PS@石墨烯核壳球，以及(C) 在核心去除PS微球后的石墨烯球壳 5.3 石墨烯与碳基材料(聚吡咯碳纳米管)的复合物 石墨烯与其他碳基材料(如碳纳米管)的复合物也具有许多独特的性能。与聚吡咯的纳米纤维不同，聚吡咯碳纳米管内部的腔约是几十到几百纳米的直径。这种结构允许电解液，这个结构允许电解质运输在聚吡咯纳米管的内部和外部。 PPY碳纳米管呈现卓越的离子无障碍设施和运输，因此，具有高电容的潜力。使之在能量存储方面具有潜在的应用前景。此外，添加氧化石墨烯也有利于碳纳米管膜的制备，形成的石墨烯-碳纳米管复合物膜具有很大的导电率，较好的柔韧性，从而使之在场发射设备中具有潜在的应用前景。 [17-18]六、石墨烯在材料方面的应用 6.1 透明电极 工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡(ITO)，由于铟元素在地球上的含量有限，价格昂贵，尤其是毒性很大，使他们的应用受到限制。作为炭质材料的新星，石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料，石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯，薄膜电阻为900Ω，透光率为70%，薄膜被做成了染料太阳能电池的正极，太阳能电池的能量转化效率为0.26%。，2009年，该研究组采用乙炔做还原气和碳源，采用高温还原方法制备了高电导率(1425S/cm)的石墨烯，为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。 6.2 传感器 电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术，涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现后，研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移，这是它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen等采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料，在室温下可以检测到低浓度二氧化氮，作者认为如果进一步提高石墨烯的质量，则会提高传感器对气体检测的灵敏度。石墨烯在传感器方面表现出不同于其他材料的潜能，使越来越多的医学家关注它，目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。 6.3 超级电容器 超级电容器是一个高效存储和传递能量的体系，它具有功率大，容量大，使用寿命长，经济环保等优点，被广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯拥有高的比表面积和高的电导率，不像多孔碳材料电极要依赖孔的分布，这是它成为最有潜力的电极材料。Chen等以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率密度10kW/kg，能量密度为28.5Wh/kg，最大比电容为205F/g，而且经过1200次循环充放电测试后还保留90%的比电容，拥有较长的循环寿命。石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受到更多的研究者关注。 6.4 能源存储 众所周知，材料吸附氢气量和其比表面积成正比，石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点，使其成为储氢材料的最佳候选者。希腊大学Froudakis等 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了新型3D碳材料，孔径尺寸可调，他们将其称为石墨烯柱。这种新型碳材料掺杂了锂原子时，石墨烯柱的储氢量可达到6.1%(wt)。Ataca等用钙原子(Ca)掺杂石墨烯，利用第一性原理和从头算起的方法得到石墨烯被Ca原子掺杂后储氢量约为8.4%(wt);他们还发现氢分子的键能适合在室温下吸/放氢，Ca会留在石墨烯表面，有利于循环使用。Ataca的研究结果又一次推动了石墨烯储氢向前迈进一步。 6.5 复合材料 石墨烯独特的物理、化学和机械性能为复合材料的开发提供了原动力，可望开辟诸多新颖的应用领域，诸如新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷材料等。Fan等利用石墨烯的高比表面积和高的电子迁移率，制备了以石墨烯为支撑材料的聚苯胺石墨烯复合物，该复合物拥有高的比电容(1046F/g)远远大于纯聚苯胺的比电容115F/g。石墨烯的加入提高了复合材料的多功能性和复合材料的加工性能等，为复合材料提供了更广阔的应用领域。 七、展望 目前，无论在理论还是实验研究方面，石墨烯均已展示出重大的科学意义和应用价值，且已在生物、电极材料、传感器等方面展现出独特的应用优势。随着对石墨烯研究的不断深入，其内在的一些特殊性 能如荧光性能、模板性能等也相继被发现。相信这种具有特殊二维纳米的碳基材料仍然隐藏着许多更 加优异的性能，有待进一步挖掘。此外，基于石墨烯复合物材料的研究也将为石墨烯的应用提供实验和 理论的基础。如石墨烯的表面修饰，使得石墨烯能够在不同的 溶剂(水、有机、极性和非极性等溶剂)中形成稳定的分散体系，大大方便了石墨烯复合材料的制备和研究;石墨烯与高分子材料之间的复合物也 已在导电率、超级电容器和机械性能等方面展现出优异的性能;负载纳米粒子的石墨烯的研究也显示出 这类复合物在催化、传感和电池等方面有着巨大的应用潜能。总的说来，目前石墨烯材料的研究范围较 窄，还面临着许多问题和挑战，比如与其它高聚物的相容性、石墨烯与无机粒子的相互作用本质，复合物 性能的开发等等，仍亟待进一步深入研究。可以说，石墨烯的出现给科学家们提供了一个充满魅力和想 象空间的研究对象，也许在不久的将来，石墨烯会在不同领域得到重大应用而改变我们的生活。 参考文献 [1]Geim A K. 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