石墨烯及其纳米复合材料的研究

Ｖ０１．３８Ｎｏ．３

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化工新型材料ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ

第３８卷第３期２０１０年３月

石墨烯及其纳米复合材料的研究

周俊文马文石。

（华南理工大学材料科学与工程学院，广州５１０６４０）

摘要石墨烯因其独特的结构和优异的性能，近年来已成为国内外研究的热点。简要介绍了石墨烯的制备方法，着重对石墨烯纳米复合材料的研究现状进行了综述。

关键词石墨烯，氧化石墨，制备方法，纳米复合材料

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石墨烯是拥有ｓｐｚ杂化轨道的二维碳原子晶体，由Ｇｅｉｍ等［１］于２００４年发现，并能稳定存在，这是目前世界上最薄的材料一单原子厚度的材料。石墨烯不仪有优异的电学性能（室温下电子迁移率町达２０００００ｃｒｎ２Ｖ－１Ｓ－１）［２］，质量轻，导热性好（５０００Ｗｍ－１Ｋ＿１）［３ｊ，比表面积大（２６３０ｍ２９＿１）［“，它的杨氏模量（１１００ＧＰａ）和断裂强度（１２５ＧＰａ）［５］也可与碳纳米管相媲美，而且还具有一些独特的性能，如量子霍尔效应、量子隧穿效应Ｌ６１等。由于以上独特的纳米结构和优异的性能，石墨烯可应用于许多的先进材料与器件中，如薄膜材料Ｅ７－８］、储能

的制备方法通常有Ｂｒｏｄｉｅ法、Ｓｔａｎｄｅｎｍａｉｅｒ法和Ｈｕｍｍｅｒｓ法【ｌ。”］。石墨经氧化从疏水性变成亲水性，这是由于氧化石墨中有大量的亲水基团如羟基、羧基等［１“。正是由于这些官能团才使氧化石墨容易与其它试剂发生反应，从而容易得到改性的氧化石墨。

氧化石墨还原方法有：使用还原剂、热还原［１５｜、紫外光还原［“３等。其中还原剂有水合肼‘”］、二甲肼‘１８｜、对苯二酚‘１９３和ＮａＢＨ４［２叩等。Ｓｔａｎｋｏｖｉｃｈ等【１７］将氧化石墨分散于水中进行超声处理，然后加入水合肼在１００℃下恒温反应２４ｈ，得到了还原氧化石墨烯。经还原后的氧化石墨的性质可与最初的石墨相媲美。将石墨烯分散于水中，由于它的疏水性极易造成层与层问的凝聚；而且在有机溶剂中也不能得到稳定的分散液。ｓｉ等［２１］通过问歇性还原得到了水溶性的石墨烯，他先用硼氢化钠对氧化石墨进行部分还原，然后在部分还原的氧化石墨上引入苯磺酸基团，再用水合肼对其彻底的还原，最终得到了轻微磺化的石墨烯。这种石墨烯在合适的浓度（Ｚｍｇ／ｍＬ）下，可稳定分散于ｐＨ为３～１０的水中。

材料［４］、液晶材料［９｜、机械谐振器…等；石墨烯是单层石墨，原

料易得，所以价格便宜，不像碳纳米管那样价格昂贵，因此石墨烯有望代替碳纳米管成为聚合物基碳纳米复合材料的优质填料。

１石墨烯的制备

１．１微机械剥离法

石墨烯最初的制备就是微机械剥离，如从热解石墨表面中剥离出石墨烯，Ｇｅｉｍ等［１］在ｌｍｍ厚的高定向热解石墨表面进行氧等离子刻蚀，然后将其粘到玻璃衬底上，接着在上面

１．３化学气相沉积法

化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术，生产工艺已经十分完善，也是目前最有希颦成为生产大量白．墨烯的方法。Ｋｉｍ［２引、Ｒｅｉｎａ［２３ｊ等研究小组同时都在用化学气相沉积法制备石墨烯上取得了突破性的进展，他们的方法很相似，而且也和ＯｂｒａｚｔｓｏｖＣ２４］从含碳的气相中制备纳米级的石墨薄膜类似；化学气相沉积法制备石墨烯是将加热至１０００℃的镍置于含碳的气体中，这样碳原子会在镍的表面生成而且会往金属内部扩散，然后通过冷却强迫碳沉积于镍上。

贴七１肿厚的湿的光刻胶，经烘焙，再进行反复粘撕，撕下来

粘在光刻胶上的石墨片放入丙酮溶液中洗去，最后将剩余在玻璃衬底上的石墨放入丙醇中进行超声处理，从而得到单层石墨烯。虽然微机械剥离是一种简单的制备石墨烯的方法，但是它不适合石墨烯的规模化生产。

１．２氧化还原法

目前石墨烯的制备多是对氧化石墨进行还原。氧化石墨

作者简介：周俊文（１９８７一），男。硕士生，主要从事石墨烯及其纳米复合材料的研究。联系人：马文石。

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