碳纳米管自发现以来，因为其共同的结构和独特的物理，化学和力学特性以及其潜在的运用远景而倍受人们的重视。碳纳米管(carbonnanotubes,CNTs)于1991年由NEC(日本电气)筑波研讨所的饭岛澄男(SumioIijima)初次发现。因为其优秀的电磁功用、力学功用、光学功用和热功用等，激起了人们的极大爱好，敏捷成为继 C60之后最抢手的碳纳米材料。 碳纳米管在溶剂中涣散性差、加工操作困难，这极大地约束了它的运用，因此需求经过表面改性来进步它的溶解性和涣散性。并且经过化学或物理的办法还能够将其他功用性基团或材料复合到碳管的表面制备多功用性材料。所以，碳纳米管的功用化改性是非常重要的一个研讨范畴。 一物理法改性 选用物理的办法使碳纳米管晶格发作位移，内能增大，内能增大后的碳纳米管易与介质发作反响，在机械力或磁力作用下活性炭纳米管的体表面与介质发作反响、吸附，到达表面改性的意图。 1高能机械研磨 运用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，经过研具与工件在高压力作用下的相对运动对碳纳米管表面进行改性加工。该法使碳纳米管表面构成晶格缺点或晶格歪曲，然后得到高活性自由基，使碳纳米管易于与其他材料发作反响。 缺点是在研磨过程中不易控制，在构成晶格缺点的一起简略导致碳纳米管的长度过短，失掉原始碳纳米管具有的功用。 2高能球磨法 用球磨机的滚动或振动使硬球对碳纳米管进行激烈的冲击、研磨和拌和，最终使碳纳米管表面构成晶格缺点，得到改性。 缺点是简略在样品中混入硬球成分的杂质，难以别离。 3超声振动法 运用超声波的高频声波发生振动，使碳纳米管在介质中进行涣散，碳纳米管在介质中涣散程度的好坏直接影响碳纳米管的功用与运用作用。 二化学法改性 运用化学办法引进具有活性的羧基、羟基、基等功用团，功用团的引进使得碳纳米管表面的化学性质发作了明显的改变，然后为后续的反响供给了改性的活性点。 1酸处理法 运用碳纳米管的端头及弯折处易被氧化开裂，一起转化为羧基、羟基的特色，选用浓酸或许稀酸处理，使其两头或弯折处开口，引进羟基、羧基等官能团，如图所示，进而增大碳纳米管与溶质间的亲和力，进步其在溶质中的涣散性。 2偶联剂法 选用分子结构一端和碳纳米管结构类似另一端和要结合的材料结构类似的分子作为偶联剂，一端与碳纳米管牢牢结合，另一端与要复合的材料分子结合。这种润饰办法不会对碳纳米管自身的结构构成损坏，然后能够得到结构完好的经润饰的碳纳米管。 3化学镀法 化学镀是近年来被很多研讨运用的一种在材料表面制备接连细密包覆层的办法，具有操作便利、工艺简略、镀层均匀、孔隙率小、外观杰出等特色。因其不必外加电源，但凡镀液能浸到的当地，包含微小孔、盲孔都能够得到均匀的镀层，所以在碳纳米管上也具有优秀的包覆性。 4高能射线辐照法 高能射线指离子束、电子束、γ射线等含有高能量的射线，当这些高能射线照射到碳纳米管上的时分，炮击碳纳米管击出碳原子，碳原子停留在晶格的空隙方位上发生空隙原子，在它本来的平衡方位则留下一个空位。当炮击粒子动能足够大时，导致磕碰级联效应，无序结构添加。大都空位和空隙原子或许互相复合而互相退火，但仍有少量原子作为空隙原子而构成晶格进一步缺点。辐射也能够引起碳原子的溅射，溅射出来的碳原子沉积在碳纳米管的外壁上构成一层无定形碳结构。 5原子搬运自由基聚合法 是近年来敏捷发展并有着重要运用价值的一种活性聚合技能。它源于有机化学中的原子搬运自由基加成反响，运用该技能可在碳纳米管表面接入聚合物分子链，然后取得具有某些功用特性的碳纳米管。 三联合法改性 一般单一的碳纳米管表面改性办法很难取得特定功用的改性碳纳米管，或许是需求花费很多的时刻、财力，得到的改性材料作用也不行抱负。假如将两种乃至多种改性办法合作运用，运用每种办法改性后所得到的功用特色，扬长避短，互相结合，可得到多样化的、功用愈加安稳的改性作用。 经过上述改性办法能够改进碳纳米管的涣散功用，进步它与基体材料之间的相容性，并增强它们之间的互相作用。别的，经过对其进行表面润饰还能够赋予碳纳米管新的功用，完成碳纳米管的分子拼装，取得各种功用优异的纳米材料，在分子电子学、纳米电子学以及纳米生物分子学等方面具有宽广的运用远景。

碳纳米管作为一维纳米材料，因其特殊的结构、优良的化学稳定性、良好的导电性能、优异的机械性能及纳米材料特有的纳米效应引起了广泛的关注。从电磁波吸收方面来看，碳纳米管由于其导电性和作为一维纳米材料所具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而显示出很强的宽带微波吸收性能，已成为新型吸波收材料研究热点之一。碳纳米管是一种电损耗型的吸波材料，大量的研究工作十分关注碳纳米管改性以提高其磁学性质，从而改善其阻抗匹配，提高电磁损耗，并最终达到更好的吸波效果。 汪刘应等采用矢量网络分析仪测试了不同管径碳纳米管(CNTs)的电磁参数，结果表明随着 CNTs的管径不同，其电磁性能也随之改变，即随着CNTs管径增加，其复介电常数虚部也不断增加。用电磁波的传输线理论计算了不同厚度不同管径的碳纳米管的反射率曲线，结果表明厚度为 2.0 mm，管径为30~50nm 时 CNTs 模拟反射率峰值为-26.24 dB，小于-10 dB 的频带宽为 4.16 GHz。 肇研等研究了相同碳纳米管含量不同厚度以及不同碳纳米管含量相同厚度的复合材料吸波性能的变化规律，研究了其在 26.5~ 40.0 GHz频段的吸波性能。结果发现，在该范围内，随着多壁碳纳米管加入量的增加，反射率降低则吸波性能增强。

一张图看懂碳纳米管

[导读] 以碳纳米管“针”，对复合材料进行“穿针引线”可以实现复合材料层间的良好结合，与现有复合材料相比，经碳纳米管“缝合”的复合材料强度可提升30%，在断裂前能承受更大的作用力，这项技术的运用，提升了当前复合材料的综合性，对拓宽其在航空结构中的应用将起到很大的推动作用！中国粉体网讯  麻省理工学院航天工程师设计了碳纳米管“针”，它可以“穿针引线”使复合材料层间实现良好结合，从而有助于制造出质量更轻、抗损伤性能更强的航天飞机。      目前，空客和波音公司最新的载人航天飞机机身主要是由先进的复合材料构成的，譬如用质量极轻且使用性能优异的碳纤维增强塑料代替飞机的铝基材料，可以使其重量减轻约20%。复合材料在飞机上的主要应用优势就在于通过减轻重量以节省燃油消耗。      但是复合材料抗损伤性能较差：与铝基材料在断裂前可以承受较大的冲击相比，复合材料的多层结构在较小冲击下就很容易发生断裂。低抗损伤性能已经成为复合材料的阿喀琉斯之踵。   近日，麻省理工学院(MIT)的航空工程师探索出一种粘结复合材料层的新方法，从而使其强度更高，耐损伤性能更好。      研究人员使用碳纳米管将每一层复合材料“栓”在一起。碳纳米管中的薄卷状碳原子虽然“身形”微小，但是强度极高。他们在类胶状聚合物基体中嵌入碳纳米管“森林”，然后“压紧”碳纤维复合材料层间的聚合物基体。纳米管就像是细小的竖直排列的“针”，充当多层结构的支架，在层间部位进行“缝合”。      测试结果表明，与现有复合材料相比，经碳纳米管“缝合”的复合材料强度可提升30%，在断裂前能承受更大的作用力。      此项研究的首席研究员，MIT航空航天系博士后RobertoGuzman认为，性能提升的复合材料可以用于制造强度更高、质量更轻的飞机零部件，尤其是那些使用传统复合材料制造的因包含螺钉或螺栓而容易断裂的零部件。      “尺寸是关键”      当前，复合材料由层状的横向碳纤维组成，通过聚合物胶粘接。此项研究参与者，MIT航空航天系教授Wardle指出，“层间结合处是非常薄弱、存在问题的区域”。许多学者尝试采用“Z钉扎”方法固定或通过“三维编制”复合材料层的碳纤维束以增强结合性能，类似于钉子和针线所起的作用。  Wardle表示，“钉子或针的尺寸是碳纤维的几千倍，所以如果在碳纤维中加入这些物质，将会破坏成千上万的碳纤维，对复合材料本身的损伤不言而喻。”而碳纳米管直径约10纳米，只有碳纤维尺寸的百万分之一。      “尺寸的问题很重要，正因为纳米管进入复合材料内部而不会影响大尺寸的碳纤维，才使复合材料的性能得以保持，”Wardle解释说，“碳纳米管拥有的表面积达到碳纤维的1000倍，这使它们与聚合物基体结合良好。”      Guzman和Wardle采用的新技术即可使碳纳米管嵌入聚合物胶内部。首先，他们获得竖直排列的碳纳米管森林，然后将纳米森林置于粘稠的、未固化的复合层之间，重复此过程一直到16层(典型的复合材料叠层结构)，实现碳纳米管在层与层之间粘结。      Wardle认为，“随着大多数新型飞机的重量超过一半来自于复合材料，提升当前复合材料的综合性能对拓宽其在航空结构中的应用将起到很大的推动作用。”

导电浆料是电子元器件封装、电极和互联的要害材料。导电剂都各自有各自的特色，形状也是各有千秋。锂离子电池出产的供应商大多会依据导电剂的形状、颗粒巨细、比表面积、导电功能的不同而混合调配运用导电剂。 当时锂电池运用较广泛的导电剂可分为导电炭黑、导墨和新式导电剂等三大类，新式导电剂首要指碳纳米管、石墨烯等。 常见的导电剂理化参数比照相较于传统的导电剂，新式导电剂碳纳米管、石墨烯存有必定的优势。 碳纳米管(1) 碳纳米管具有杰出的电子导电性,纤维状结构可以在电极活性材料中构成接连的导电网络; (2) 增加碳纳米管后极片有较高的耐性, 能改进充放电过程中材料体积改变而引起的脱落, 前进循环寿数; (3) 碳纳米管可大起伏前进电解液在电极材料中的浸透才能; (4) 碳纳米管的首要缺陷在于不易涣散。 石墨烯作为导电剂的作用与其参加量密切相关，在参加量较小的情况下，石墨烯因为可以更好地构成导电网络，作用远好于导电炭黑。 碳纳米管vs石墨烯，谁更胜一筹? 一方面，从导电机理分析，石墨烯经过点面触摸来导电，碳纳米管则由点线触摸传输。一般来说，触摸的面积越大导电功能就会越好。导电剂一般要以最少的量完成最优的导电功能。从导电功能上看，石墨烯的导电性更胜一筹。但碳纳米管在电解液中的吸液才能更强。 另一方面，两者的开展都存有瓶颈。现在业界共同以为：真实意义上的石墨烯制造本钱高，难以完成产业化;而碳纳米管最大的难题则是涣散。相较之下，碳纳米管的涣散比石墨烯的“难产”更简单霸占。此外，功能相差不多的情况下，报价或许才是厂商更为介意的问题。而本钱的下降很大程度上得益于工艺的前进。从这个视点讲，谁的工艺先进、本钱低，谁就会赢得锂电池商场先机。

幻想下有那么一张电子报纸，你既能够将其卷起，又能将它抚平，即使咖啡在上面打翻了，这张报纸仍旧能持续作业，在你面前跟新的最近的新闻。这样的场景在碳纳米管(CNT)技能带来性打破后就能完结，麦克马斯特大学的研讨者提出，他们开发了一种全新的途径来纯化碳纳米管。碳纳米管这种精密的半导体材料，被认为是很可能能在芯片制造业中替代硅的奇特材料。幻想下有那么一张电子报纸，你既能够将其卷起，又能将它抚平，即使咖啡在上面打翻了，这张报纸仍旧能持续作业，在你面前跟新的最近的新闻。 这样的场景在碳纳米管(CNT)技能带来性打破后就能完结，而由于一项技能的严重瓶颈，人们现已等待了很久了。可是现在，科学家们现已找到了解决方案。 这项技能革新由来自麦克马斯特大学的研讨者提出，他们开发了一种全新的途径来纯化碳纳米管。碳纳米管这种精密的半导体材料，被认为是很可能能在芯片制造业中替代硅的奇特材料。 “一旦咱们能以既牢靠又实惠的办法取得纯度很高的纳米管，那么许多电子产品的开展都会变得非常迅速。”艾利克斯·阿德罗诺夫(AlexAdronov)如此说道，他是麦克马斯特大学的一位化学教授。 碳纳米管就像一根头发丝儿相同，可是其直径一般在一到几十个纳米之间，长度则远大于其直径。清华大学魏飞教授带领的的团队制备出了世界上最长的碳纳米管，其单根长度能够到达半米以上。碳纳米管作为具有必定柔性导电才能的纳米材料，一向肩负着能变革硅基电脑和电子设备的希望。可是这种材料一向有个缺点，就是无法在制备进程中将金属型碳纳米管和半导体型的碳纳米管别离开来，由于在制备进程中这两者都是一同发生的，此进程引进加热碳基气体直至纳米管的团簇构成，呈黑雾状。 在碳纳米管制备进程的最终阶段，半导体型碳纳米管会和金属型你中有我，我中有你一般地混在一同。虽然这两种碳纳米管都非常有价值，可是有必要分隔运用，由于只要纯的碳纳米管(半导体型或许金属型)才能在器材层面得到使用，所以有用的别离技能也就成了碳纳米管走向使用的一个技能难点。 全球科学家现已花了许多的时刻来测验各种别离技能。虽然已有研讨者研制出一种高分子试剂，能和半导体型的碳纳米管混兼并一同被溶剂冲刷走，然后经过后期的提取取得半导体型碳纳米管，可是提取金属型碳纳米管的办法现在发展缓慢。 而现在，阿德罗诺夫课题组机敏地发现了这种办法：他们将能别离半导体型碳纳米管的高分子试剂的电学特性倒置，就能得到了只别离金属型碳纳米管的新式高分子试剂。 课题组的这一成就与其他试验室搭档的作业也休戚相关，麦克马斯奸细学院和加拿大电镜中心都向该课题组委派了专家学者，还为他们供给了许多试验设备。 对此，阿德罗诺夫表明非常感谢，乃至这么说：“世界上没有什么地方能完结这么好的跨学科研讨。” 那么下一步是什么呢?阿德罗诺夫表明将倾尽课题组所有人的尽力寻觅能更高效别离碳纳米管的高分子试剂，并将这一进程以商业出产的标准完善。

石墨烯是近年被发现和组成的一种新式二维平而碳质纳米材料。因为其别致的物理和化学性质，石墨烯己经成为备受瞩目的科学新星，是纳米材料范畴的一大研讨热门。在石墨烯的研讨中，根据石墨烯的无机纳米复合材料是石墨烯迈向实践使用的一个重要方向。金属/石墨烯纳米复合材料金属/石墨烯纳米复合材料是经过将金属纳米粒子涣散在石墨烯片上构成的。现在，对该类复合材料的研讨首要会集在用贵金属等功能性金属纳米粒子润饰石墨烯，这不只能够得到比金属自身功能更优越的复合材料，显现出潜在使用价值，并且能够削减贵金属的耗费，具有很大的经济价值。石墨烯与铂系金属的复合用表而积大、导电性好的碳材料负载纳米尺度的铂系催化剂能够明显进步其在质子交流膜燃料电池(PEMFC)中的电催化功能。这不只能够使催化剂表而积最大化，以利于电子的传递，并且导电性的支撑材料起到了富集和传递电子效果。现在所用的首要支撑材料是炭黑，但因为石墨烯有着愈加优异的功能，所以被以为是更为抱负的支撑材料。美国圣母大学的Kamat等用NaBH、复原H2PtCh与氧化石墨烯的混合液，组成了Pt/CE纳米复合材料，所得的复合材料在氢氧燃料电池中的电催化活性(161mW /cm2)高于无支撑的Pt (96mW/cm2)，标明石墨烯是开展电催化的有用支撑材料(图1)。图1 Pt/GE电催化反响暗示图南京理工大学汪信课题组提出了制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:先制备氧化石墨，并超声剥离成氧化石墨烯;然后将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯表而;终究复原构成石墨烯/金属纳米复合物(如图2所示)。别的，微波法是一种快速有用地制备金属/石墨烯复合材料的办法。图2制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:1)将石墨氧化得到层间隔更大的氧化石墨，(2)将氧化石墨剥离得到氧化石墨烯片，(3)将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯片上，(4)将氧化石墨烯复原成石墨烯，得到金属/石墨烯纳米复合材料石墨烯与金属Ag的复合南京理工大学汪信课题组以氧化石墨烯为基底，用AgNO3,葡萄糖及经过银镜反响，制备出具有高反射率的Ag纳米粒子薄膜。Ag的附着导致薄膜中氧化石墨烯拉曼信号的增强，其增强程度能够经过氧化石墨烯片在Ag纳米粒子的数量进行调理。图3 一步组成Ag/GO复合材料暗示图Pasrich等将Ag2SO4、参加含KOH的氧化石墨烯悬浮液中，因为氧化石墨烯上的轻基具有酚的弱酸性，在碱性条件下生成酚盐阴离子，酚盐阴离子经过芳香族亲电取代反响将电子搬运给Ag+，使Ag+被复原，生成Ag/CO复合物(如图3所示)，用胁复原该复合物得到了Ag/CE复合物。石墨烯与其他金属材料的复合Stark等不必表而活性剂，以石墨烯作为涣散剂包裹在Co表而;然后与聚合物(PMMA,PEO)复合，得到了CE/Co/聚合物复合材料。该材料结合了金属与聚合物的优异功能，为石墨烯供给了一个新的使用途径。Warne:等用简略的办法将CoCl2纳米晶附着在石墨烯上，HRTEM显现CoCl2纳米晶在石墨烯表而发作平动和滚动，终究结组成单个晶粒，在真空下退火可将CoCl2转化成Co，构成Co/CE复合物。该项研讨显现出用石墨烯作为HRTEM分析支撑薄膜的使用远景。半导体/石墨烯纳米复合材料石墨烯因为其共同的电学性质，使得其与半导体材料的复组成为一个热门研讨课题。石墨烯作为半导体纳米粒子的支撑材料，能够起到电子传递通道的效果，然后有用地进步半导体材料的电学、光学和光电转化等功能。例如，用作锂离子电池(LIB)电极材料的半导体纳米粒子与石墨烯制成纳米复合材料，能够有用阻比纳米粒子的聚会，缩短锂离子的搬迁间隔，进步锂离子嵌入功率;一起，能够缓解锂离子嵌入-嵌出所形成的体积改变，改进电池的循环安稳性。石墨烯与TiO2的复合TiO2因其安稳、无污染的特性而成为最佳的光催化材料之一。因为光激起TiO2发生的电子空穴对极易复合，所以使用石墨烯共同的电子传输特性下降光生载流子的复合，然后进步TiO2光催化功率成为了一个研讨热门。图4 (a) TiO, /GE及其受紫外光激起暗示;(b)以石墨烯为载体组成多组分催化体系暗示图美国圣母大学的Kamat等将氧化石墨粉末参加TiO2胶体涣散液中超声，得到包裹着TiO2纳米粒子的氧化石墨烯悬浮液，在氮气的维护下用紫外光照耀悬浮液，得到TiO2/CE复合材料。TiO2作为光催化剂将光电子从TiO2搬运至氧化石墨烯片上，紫外光被以为起到了复原剂的效果(图4a)。该法不只供给了一种氧化石墨烯的紫外光辅佐复原技能，并且为取得具有光学活性的半导体/石墨烯复合材料拓荒了新的途径。最近，该课题组初次组成了以石墨烯为载体的多组分催化体系，他们首要经过光激起将电子从T1O2转至氧化石墨烯片上，部分电子用于氧化石墨烯的复原，其他的电子储存在复原后的石墨烯片上;然后向石墨烯悬浮液引进AgNO3，储存在石墨烯片上的电子将Ag+复原成Ag，然后组成了TiO2和Ag处于别离方位的二维TiO2/Ag/CE催化体系(图4b)。石墨烯与Co3O4的复合Co3O4是一种重要的磁性P型半导体，在催化剂、磁性材料、电极材料等范畴有着很大的使用价值Co3O4与石墨烯的复合被以为能够改进其功能并扩展其使用范畴。图5使用金属有机前驱体组成Co/GE和Co3O4/GE复合材料暗示图Yang等研讨了使用金属有机前驱体组成金属或金属氧化物与石墨烯的复合材料的办法，他们用酞著钻(CoPc)与氧化石墨烯片在中混合后用胁复原，组成了CoPc/CE复合物;然后将所组成的复合物在维护下高温分化生成Co/CE复合物;终究将Co/CE复合物在空气中氧化生成Co3O4/CE复合物(如图5所示)。石墨烯与SnO2的复合现在，SnO2的一个重要开展方向是代替碳材料作为锂离子电池(LIB)负极材料，但因为SnO2充放电过程中体积改变大，然后下降了其循环安稳性。研讨者期望经过其与石墨烯的复合来改进这一点。石墨烯与ZnO的复合ZnO半导体因为具有宽的带隙和较大的激子结合能，在场发射显现器、传感器、晶体管等范畴具有潜在的使用价值。国内外研讨者期望经过其与石墨烯的复合进一步扩展其使用规模。图6水热法在石墨烯片上组成规矩摆放的ZnO纳米棒暗示图Park等研讨了经过水热法在石墨烯片上组成ZnO纳米棒阵列的办法:首要经过化学气相堆积法(CVD)使石墨烯在涂有Ni的SiO2/Si基片上成长(图6a};然后将涂有聚甲基酸甲酷CPM M A)的基片浸入HF中得到游离的PMMA/CE(图6b);再将起维护效果的PMMA溶解在中;终究别离经过两种办法在石墨烯上水热组成了规矩摆放的ZnO纳米棒。石墨烯磁性纳米复合材料人们不只研讨了半导体化合物与石墨烯的复合，还使用其他功能性无机化合物纳米粒子润饰石墨烯。如用磁性纳米粒子润饰的石墨烯材料在电磁屏蔽、磁记录及生物医学等范畴具有宽广的使用远景，是石墨烯复合材料研讨的一个重要方向。结语及展望根据碳纳米管的无机纳米复合材料因为其优秀的性质己经在生物医药、催化、传感器等使用范畴得到了广泛而深化的研讨。与碳纳米管比较，石墨烯具有类似的物理性质、更大的比表而积和更低的生产成本，所以石墨烯是代替碳纳米管组成碳基无机纳米复合材料的抱负基体材料。尽管与石墨烯/聚合物复合材料比较，石墨烯基无机纳米复合材料的研讨起步较晚，但在短短的几年内，石墨烯基无机纳米复合材料的组成及其相关使用的研讨己经取得了很大的发展。但要真实完成石墨烯基无机纳米复合材料大规模组成和产业化使用还而临很多问题和应战。文章选自：化学发展 作者：柏篙、沈小平

导读 为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。 石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。  再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。

为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。 石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。 材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。 再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。

氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，除具有一般橡胶的杰出物性外,还具有耐候、耐燃、耐油、耐化学腐蚀等优异特性，因而使之在各种合成橡胶中占有特殊的位置。首要用于阻燃、黏合、耐介质、耐热及耐天候、中等耐电等方面。如电线电缆、胶黏剂、桥梁支左、难燃输送带及导风筒、汽车配件、涂料、耐腐蚀面料等。 改性CNTs具有一些特殊的电学性质，这是因为碳纳米管上碳原子的P电子构成大范围的离域Π键，共效应显着。碳纳米管的导电功能非常杰出，具有很好的电学功能。理论猜测其导电功能取决于其管径和管壁的螺旋角。因为CNTs的补强特性，其运用可确保混炼胶物理机械功能得以确保和进步。所以将改性CNTs参加到氯丁橡胶中，企图进步其的导电功能，使π电子在系统内能够愈加自在的移动，适用于出产一些需求导静电功能优异而又在阻燃、耐候条件下都能够运用的制品。 试样制备 胶料混炼工艺为：生胶薄通→参加加工助剂→ 参加补强填充剂(分别为CaCO3、白炭黑、N330)→参加增塑剂→参加硫化剂和促进剂→薄通混匀下片，制得混炼胶。停放16h，返炼，运用无转子硫化仪(GT-M2000A，高铁科技股份有限公司)测验混炼胶160℃下的硫化特性;运用平板硫化机硫化试样，硫化条件为：温度160℃，压力10 MPa，时刻t 90 。 功能测验 各项物理机械功能均按国家最新标准测验;导热功能是测验在25℃下硫化胶的热扩散率和导热系数。 结果与评论 改性CNTs的用量对氯丁橡胶混炼胶硫化特性的影响从表1可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值越来越大，阐明碳管的参加使氯丁橡胶混炼胶的硫化程度升高。t 90改变规则不显着，但有逐步增大的趋势，阐明碳管可能有推迟硫化。从表2可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值出现增大的趋势，阐明碳管的参加使氯丁橡胶混炼胶的硫化程度升高。t 90 改变规则不显着。从表3可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值改变较小，阐明碳管的参加对氯丁橡胶混炼胶的硫化程度影响不显着。t 90也无显着改变规则。 对物理机械功能的影响 ①对硬度和撕裂强度的影响从图1能够看出，跟着CNTs用量的增大，三种补强填充系统下硫化胶的硬度均有上升的趋势 ， 且硬度的巨细次序为：白炭黑 > 炭黑> 碳酸钙。从图2能够看出 ， 随CNTs用量的添加，白炭黑和CaCO 3系统下撕裂强度逐步上升，但是在N330系统下，改变趋势不显着，若做二次线性拟合能够看出有下降的趋势。 ②对拉伸强度、100%定伸应力和扯断伸长率的影响从图3能够看出，跟着CNTs用量的增大，拉伸强度有缓慢下降的趋势，但改变较小，阐明碳管的参加对的拉伸功能影响不显着。三种系统硫化胶拉伸强度的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3。从图4能够看出，CNTs能够进步氯丁胶硫化胶的100%定伸应力，而且跟着其用量的添加，100%定伸应力逐步增大。其间，N330补强系统下，在CNTs用量为4份时出现凸点，以为可能与配料、实验中的差错有关，但整体改变趋势是升高的。从图5能够看出，跟着改性CNTs用量的添加，各补强填充系统下硫化胶的扯断伸长率根本不变。其间，CaCO 3系统和白炭黑系统下，二者硫化胶的扯断伸长率附近，N330系统下，硫化胶的扯断伸长率最小，显着低于别的两种系统下的伸长率。从图6能够看出，CNTs用量对三种系统下的DIN磨耗影响根本相同，都有下降的趋势。 对硫化胶电阻率的影响从表4能够看出，CaCO3系统下，CNTs用量在0~3份时硫化胶的表面电阻率(ρ s )和体积电阻率(ρ v)改变较小，且规则不显着;当用量为4~5份时，ρ s 、ρ v下降显着。白炭黑系统下改变根本相同。以为是参加的改性CNTs在氯丁胶内并没有很好的构成导电通路。在N330系统下，其ρ s和体积电阻率远小于别的两种系统下相应的电阻率。阐明是炭黑的涣散在氯丁胶内起到了很好的导电效果，但随CNTs用量的添加，ρs和ρv根本无改变。 对硫化胶导热功能的影响从表5中能够看出，随CNTs用量的添加，三种系统下硫化胶导热功能均有所进步，热扩散率和导热系数逐步增大。其间，相同用量CNTs的硫化胶热扩散率的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3 。导热系数上升最快的是白炭黑补强系统，而别的两种系统下导热系数略有升高。 定论 随改性CNTs用量的添加： (1)CaCO3填充系统下MH-ML的差值越来越大，t 90改变规则不显着，但有逐步增大的趋势;白炭黑补强系统下，MH-ML的差值出现增大的趋势，t 90改变规则不显着;N330补强系统下，MH-ML的差值改变较小，t 90 也无显着改变规则。 (2)硫化胶的硬度均有上升的趋势，且硬度的巨细次序为：白炭黑>炭黑>碳酸钙。白炭黑和CaCO 3系统下撕裂强度逐步上升，但是在N330系统下，改变趋势不显着，若做二次线性拟合能够看出有下降的趋势。 (3)拉伸强度有缓慢下降的趋势，但改变较小，三种系统硫化胶拉伸强度的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO 3;100%定伸应力逐步增大。 (4)扯断伸长率根本不变。其间，CaCO3系统和白炭黑系统下，二者硫化胶的扯断伸长率附近，N330系统下，硫化胶的扯断伸长率最小，显着低于别的两种系统下的伸长率。DIN磨耗有下降的趋势。 (5)CaCO 3 系统下，CNTs用量在0~3份时硫化胶的表面电阻率(ρs )和体积电阻率(ρv )改变较小，且规则不显着;当用量为4~5份时，ρs、ρv 下降显着。白炭黑系统下改变根本相同。N330系统下，其ρs 和体积电阻率远小于别的两种系统下相应的电阻率，ρs 和ρv 根本无改变。 (6)导热功能均有所进步，热扩散率和导热系数逐步增大。相同用量CNTs的硫化胶热扩散率的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3。导热系数上升最快的是白炭黑补强系统，而别的两种系统下导热系数略有升高。

石墨烯被称为“黑金”，又被称为“新材料之王”，是现在发现的最薄、强度最大、导电导热功能最强的一种新式纳米材料，极有或许掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革新。 石墨烯的制备上，多晶薄膜有望未来1-2年内完成产业化使用，单晶石墨烯工业组成办法仍未找到，因而间隔产业化还很悠远。低成本的使用氧化还原法出产石墨烯粉体，一起可以使用CVD法出产出层数可控、大面积的石墨烯薄膜是未来研究要点，也是推进职业开展的要害点。而在使用层面，未来被看好的范畴是锂离子电池、柔性显现、太阳能电池和超级电容器。

近两年石墨烯的可控低成本制备技能已获得了打破性开展，有望在不久的将来构成石墨烯工业。 日前，在深圳举行的第十九届我国世界高新技能效果交易会上，石墨烯作为独具特色的新材料再次引起人们的重视，成为这个国内最大规划、最具影响力的科技展会上一个耀眼的“明星”。石墨烯到底有哪些奇特之处，能为人们带来什么惊喜?记者采访了相关专家。 人类正行进在以硅为首要物质载体的信息年代，下一个量子年代，石墨烯很或许锋芒毕露 和金刚石相同，石墨是碳元素的一种存在方式。风趣的是，因为原子结构不同，金刚石是地球上自然界最坚固的东西，石墨则成了最软的矿藏之一，常做成石墨棒和铅笔芯。 科学家介绍说，石墨烯是从石墨材料中剥离出来，只由一层碳原子构成、按蜂窝状六边形摆放的平面晶体。浅显地讲，石墨烯就是单层石墨。一块厚1毫米的石墨大约包括300万层石墨烯;铅笔在纸上悄悄划过，留下的痕迹就或许是好多层石墨烯。 这种只要一个原子厚度的二维材料，一向被以为是假定性的结构，无法独自安稳存在。直至2004年，两位英国科学家成功地从石墨中别离出石墨烯，证明了其可以独自存在，并因而一起获得2010年诺贝尔物理学奖。 据我国电科55所所长、微波毫米波单片集成和模块电路要点试验室主任高涛博士介绍，石墨烯共同的结构让它具有更导电、更传热、更坚固、更透光等优异的电学、热学、力学、光学等方面的功能。轻浮、强韧、导电、导热……石墨烯这些特性赋予人们许多幻想空间。 石墨烯的特色首先是薄，可谓现在世界上最薄的材料，只要一个原子那么厚，约0.3纳米，是一张A4纸厚度的十万分之一、一根头发丝的五十万分之一。与此一起，石墨烯比金刚石更硬，透光率高达97.7%，是世界上最坚固又最薄的纳米材料。 一起，它又能导电。石墨烯的电子运转速度达1000千米/秒，是光速的1/300，十分合适制造下一代超高频电子器材。石墨烯仍是传导热量的高手，比最能导热的银还要强10倍。 石墨烯的特性，也体现得很“好玩”。比方当一滴水在石墨烯表面翻滚时，石墨烯能敏锐地“察觉”到纤细的运动，并发生继续的电流。这种特性给科学家供给了一种新思路——从水的活动中获取电能。比方，在雨天可以用涂有石墨烯的雨伞进行发电，或许可以做成活络的传感器材等。 “人类阅历了石器、陶器、铜器、铁器年代，正行进在以硅为首要物质载体的信息年代;而下一个量子年代哪种材料将锋芒毕露呢?很或许是石墨烯。”浙江大学高分子科学与工程学系教授高明说。 未来电动轿车运用石墨烯电池，花两三分钟就或许把电充溢 因为石墨烯的奇特功能，加上制备简洁、研讨视角多维，其运用潜力巨大、适用职业广大，成为抢眼的材料“新星”一点不古怪。石墨烯从发现到现在仅10余年的时刻，已获得了许多令人震慑的研讨效果，称得上是人类历史上从发现到运用最快的材料。 高明说，从材料化学视点看，石墨烯会带来资源、环境、化工、材料、动力、传感、交通机械、光电信息、健康智能、航空航天等范畴的改动或革新。我国石墨矿储量丰厚，约占全世界的75%，其高效开发将引起碳资源及我国大资源战略的新定位、新考虑、新规划。 石墨烯的工业化出产则将促进化工、机械、智造、自控等职业的技能前进。石墨烯的增加可以发生多功能复合材料，用来制造高功能电池、电容器。石墨烯传感器可以在生物检测、光电勘探方面大显神通，石墨烯及其它二维材料的异质叠合材料可制造高功能晶体管。 可以说，石墨烯技能将对咱们的吃、穿、住、行、用、玩都发生影响。石墨烯复合膜阻氧阻水功能好，可前进食物保质期;石墨烯纤维可制成发热服饰和医疗保健用品;石墨烯电热膜电热转化效率高，可逐渐替代暖气供热;石墨烯系列材料可用于轿车、火车等交通工具，石墨烯导热膜可用于手机高效散热…… 石墨烯另一个被寄予厚望的运用范畴是电能贮存。它的优势在于充电速度快，并且可以重复运用几万次。但现在石墨烯存储的电量不如电池多，还无法存储足够多的电能。未来，跟着充电设备的日益完善和相关技能的前进，电动轿车运用石墨烯电池，花两三分钟就或许把电充溢。 我国电科55所微波毫米波单片集成和模块电路要点试验室副主任孔月婵博士介绍说，石墨烯的电子运转速度是硅的十倍，由石墨烯制造的高频器材理论上作业频率可以到达硅的十倍乃至上百倍。石墨烯引发的技能很或许从人们常见的小小芯片开端。 此外，科研人员已完结柔性衬底晶体管的研发，正在测验柔性通讯电路的研发。未来不管是可以折叠的显现屏幕，仍是可以植入人体的可穿戴设备，都或许靠这样的石墨烯器材来完成。 高涛以为，即便在试验室条件下，石墨烯的奇特功能仍然没有彻底释放出来。因为技能层面还存在着不少应战，真实大面积运用还有很长的路要走。但经过加强需求和研讨的结合，不断在石墨烯材料的制备和器材研发方面获得重要打破，发明更多更新更具颠覆性的运用，石墨烯这种新一代战略性新式材料将会极大改动人们的生发日子。 国内石墨烯研讨与国外底子同步，有望在不久的将来构成石墨烯工业 石墨烯一向是世界上的研讨热门，并在不断升温。近几年来，全球石墨烯相关的论文和发明专利简直呈指数式增加，不只各类优异的物理化学功能被猜测、证明，并且由此生宣布许多详细的研讨方向。 据了解，许多国家正在抢夺石墨烯技能的制高点。欧盟石墨烯旗舰方案以石墨烯传感为首要研讨方向，美国正在测验使用石墨烯完成通讯的柔性化并获得了明显的效果，韩国继续支撑石墨烯柔性显现的研讨并制备出了演示产品。 高涛说，整体来讲，世界上石墨烯各项优异功能正逐渐从试验室研讨向产品运用过渡，一起一些潜在的功能或运用还在不断被开掘。但这个工程化是一个长时间而困难的进程，给我国完成赶超世界水平、占据技能制高点带来了绝好的机会。 高明以为，现在国内石墨烯研讨与国外底子同步，一些方面有原创和引领性效果。国内研讨侧重化学和材料，国外更偏机理和器材。国内石墨烯的研讨在理论研讨方面可说是已完成与世界先进水平“并跑”，论文、专利不管数量仍是质量都具有很强的世界竞争力。到2016年3月，我国石墨烯的专利总数占全世界的56%。与此一起，国家赞助了很多有关石墨烯的基础研讨项目，开始构成了政府、科研机构和厂商协同立异的产学研协作对接机制。 例如，清华大学开宣布米级石墨烯单晶薄膜的快速制备技能;我国电科55所研宣布了世界上最快的柔性石墨烯晶体管;浙江大学纳米高分子团队则经过近十年研讨，开宣布了石墨烯纤维、石墨烯接连拼装膜、石墨烯超轻气凝胶及石墨烯无纺布等。 受访专家指出，各个方向不断呈现令人惊喜的研讨效果，让人们对石墨烯的未来充溢等待。但整体来讲，石墨烯技能成熟度还比较低。关于石墨烯的开展，其限制要素或许说难点，首要在材料制备技能、全新规划理念和二维控制技能等方面。其间，高品质、大批量的石墨烯质料问题暂时没有底子处理，还需要进行很多技能攻关。有些技能如单层氧化石墨烯、石墨烯单晶等在试验室制备成功了，但完成工程化、接连性、低成本、高效安稳制备还有较长的路要走。只要真实高品质的石墨烯量产了，颠覆性运用才会呈现。 不过科学家们也比较达观，近两年石墨烯的可控低成本制备技能已获得了打破性开展，有望在不久的将来构成石墨烯工业。

碳元素广泛存在，具有许多同素异形体，常以为石墨是由二维网状碳原子组平面经有序堆叠成的晶体，其单层网状平面结构晶体在自然界中并不能独自安稳存在。但早在1988年日本东北大学教授以蒙脱土为模板，用腈做质料，在模板二维层间制得石墨烯片层结构，但当去除模板后不能独自存在，敏捷生成了三维石墨体。 随后2004年英国科学家成功用机械剥离法将石墨层片剥离，取得了碳 原子sp2杂化衔接的单层石墨层片。此种可安稳存在的二维单原子厚度碳原子晶体——自由态石墨烯(Graphene)，其根本单元结构是最具安稳结构的六元环，它的发现充分了碳元素宗族，可作为零维富勒烯、一维碳纳米管(特别单壁CNT)、三维金刚石及石墨的根本结构单元，是当时抱负的二维纳米材料，结构如图1。　　图1 石墨烯的二维单原子层结构(a)和石墨烯为根本结构单元构成的sp2碳质材料(b) 石墨烯与富勒烯和碳纳米管比较，其报价便宜，质料易得，且质量轻，抱负比表面积大(2630 m2/g)，导热功用好[3000 W/(m·K)]，拉伸模量和极限强度与单壁碳纳米管适当，一起因为其维数不同，石墨烯也有自己特有性质，如手性的载流子、量子隧穿效应、不会消失的电导率、二维零停止的Dirac费米子系统、搬迁速度高的双极性电流、安德森局域化的弱化现象、半整数的量子霍尔效应及双层石墨烯的场效应，可望成为纳米复合材料的优质基体或填充材料，引起国内外对二维碳材料的研讨热门。 一、石墨烯的制备 近年来，许多科学家致力于探究制备单层石墨烯的途径，特别是要制备高质量、产率高、成本低、结构安稳的石墨烯的办法。现在制备石墨烯的办法首要有以下几种： ①剥离法，包含微机械剥离法和溶剂剥离法等; ②成长法，包含晶体外延成长、取向附生法、化学气相堆积等; ③氧化复原石墨法，包含常用的Hummers法、Standenmaier法、Brodie法等; ④其它办法，首要有电弧放电法、石墨层间化学物途径法、现在十分新颖的高温淬火法与碳纳米管剥开法等。 二、石墨烯基纳米复合材料首要掺杂办法 石墨烯具有适当大的比表面积及共同电子搬迁功用，成为基体载体的抱负材料，经过掺杂可以对石墨烯进行化学改性，然后增强其物化功用。首要的掺杂办法：元素掺杂法、氧化物掺杂法、碳质材料掺杂法等。 2.1元素掺杂法 元素掺杂法可使石墨烯进行化学改性，增强其物化功用。在半导体材料运用中，它是一种十分有用的办法，一起也广泛运用到新式的催化剂范畴中。元素掺杂包含非金属元素掺杂和金属元素掺杂。 2.1.1非金属元素掺杂法 非金属元素掺杂，望文生义是在石墨烯上掺杂非金属元素纳米粒子，即该元素替代了碳原子的方位，在石墨烯上归于代位式杂质，构成了电子搬运或电子空穴。 美国斯坦福大学的Wang等，经过高强度的电子焦耳热加热，使石墨烯和气经过电热反响制备出n-型N掺杂的石墨烯纳米复合材料。通常状况下，石墨烯较简单被掺杂构成p-型(空穴导电)半导体材料。在实践运用傍边，经常也需求n-型(电子导电)掺杂的半导体。 2.1.2金属元素掺杂法 金属元素掺杂，便是金属纳米粒子掺杂。石墨烯具有上下两面的比表面积，作为支撑载体，可供金属纳米粒子重复地镶嵌与脱嵌的结构应变，可表现出杰出的循环功用。一起金属纳米颗粒也具有较大的比表面积和强的催化功用。所以此种掺杂法可使得制备出的纳米复合材料比表面积显着增大，更有利于电子搬迁或储能、储氢空间的扩展以及催化活性的增强。 Kou等经过热膨胀氧化石墨制备出功用化石墨烯片，用Pt的前体H2PtCl6·xH2O处理得出均匀直径约为2 nm巨细的Pt催化剂纳米粒子。选用浸渍法将此Pt纳米粒子均匀地掺杂到此功用化石墨烯片(FGSs)上，取得FGSs-Pt纳米粒子复合材料，故此纳米材料具有更大的比表面积，更好的氧化复原功用且比一般的商业催化剂具有更安稳更优秀的催化功用。 Chao等运用溶液混合法别离制备了Au、Pt、Pd与石墨烯掺杂的纳米复合材料。将这些贵金属(Au、Pt、Pd)的前体(HAuCl4·3H2O、K2PtCl4、K2PdCl4)水溶液和乙二醇都加到经超声后的氧化石墨水溶液中，最终得到金属粒子掺杂的石墨烯纳米复合材料。 2.1.3化合物掺杂法 石墨烯一般状况是由氧化石墨制备成的。氧化石墨具有准二维层状结构，片层上赋有较多极性含氧官能团，易于同具有较高表面活性的纳米氧化物或其它化合物结合，可生成化合物掺杂的氧化石墨烯(GO)复合材料。 Chen等使用调理溶液pH值，反响温度等的液体插入法，经过静电效果，使金属阳离子及其配离子经过静电吸附到氧化石墨烯层间活性基团上，在低温下快速沉积成功制备出了针状的MnO2掺杂的石墨烯插层纳米复合材料，此复合材料电化学功用有了很大进步，跟着MnO2掺杂量的不同，电容量巨细也不同，GO可进步MnO2的分散性，其协同效果使电化学功用得到必定程度的进步。 Cao等选用溶剂热法，用二甲基亚砜作为溶剂，此二甲基亚砜既是溶剂更是作为复原剂，可复原氧化石墨烯，合成了纳米CdS掺杂的石墨烯复合材料，此CdS在石墨烯表面的分散性较好且粒径较小。 2.1.4碳质材料掺杂法 试验证明石墨烯是一种较好的超级电容器碳材料，其理论比表面积很大，但会在枯燥后失掉层间的水以及其它溶剂，然后发作层与层之间的叠层以及聚会等现象。 为了处理枯燥后石墨烯叠层和聚会的发作，经过掺杂碳纳米管到石墨烯层间，即碳纳米管上的官能团与石墨烯上的官能团彼此发作反响，使得碳纳米管接枝在石墨烯表面，使得石墨烯层与层之间彼此分脱离，然后到达进步石墨烯枯燥后的比表面积。 Dimitrakakis等规划了一种石墨烯和碳纳米管掺杂的复合结构，，用蒙特卡洛办法计算出，此结构的储氢才能只稍微低于美国能源部标准45g/L。一起研讨石墨烯的储氢功用，也对提醒在其表面的吸附方式有着重要意义。 葛士彬用肼做复原剂，复原氧化石墨水溶液，成功将碳纳米管掺插到石墨烯层间，制得碳纳米管/石墨烯纳米复合材料，把其做成电极片测验其电容功用。 三、结语 石墨烯从一个新生儿敏捷成为科学界的新宠，其优异功用逐步被开掘，运用范畴也不断地被开发。这些掺杂法制备出的纳米复合材料运用广泛，首要在超级电容器、传感器、储氢方面以及生物医学等范畴杰出。 但石墨烯的开展也存在一些问题，例如，该怎么大规模制备高质量石墨烯，使其不会发生较多的褶皱，以及怎么坚持其安稳的分散性，使其层间剥离后，不会从头堆积成多层的石墨烯片或是复原回石墨。此外，一些石墨烯的其它功用现在还不清楚，如磁性、光学功用等。因而往后应着力于开辟石墨烯和其它学科范畴的穿插，探究石墨烯功用化及一些其它新功用。 节选自：《化工发展》   作者：张紫萍，刘秀军，李同起，胡子君

石墨烯具有极高的力学性质和导电/导热性质，在橡胶复合材料中具有广阔的应用前景，石墨烯不仅能明显提高复合材料的物理机械性能，同时赋予其功能性。本文将综述石墨烯/橡胶复合材料的制备及其性能的研究进展。 橡胶/石墨烯复合材料制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为橡胶纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的石墨烯/橡胶复合材料，首先要保证石墨烯在橡胶基体中均匀分散。石墨烯的分散与复合材料的制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯例象胶界面关系有着密切关系。石墨烯/橡胶复合材料的制备方法主要有溶液共混、直接加工和胶乳共混3种方法。 溶液共混法 溶液共混法是指将石墨烯和橡胶分散在溶剂中，在搅拌或超声作用下进行共混，然后挥发溶剂或加入非溶剂进行共沉淀，再硫化制备复合材料的方法。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解橡胶的溶剂中。 由于GO表面含有很多含氧官能团，在超声作用下，GO能够稳定分散在一些极性有机溶剂如DMF和THF中，这为制备GO复合材料提供了重要前提。对于化学还原或热还原的石墨烯而言，很难将其直接分散在溶剂中，因此需要进行改性处理。直接共混法 直接共混法也称为机械混合法，是指将石墨烯、橡胶配合剂在开炼机或密炼机中与橡胶进行机械混炼，然后硫化制备石墨烯/橡胶复合材料的方法。该方法在机械剪切力作用下分散填料，工艺流程简单，成本低，是目前工业生产橡胶复合材料的主要方法。 虽然直接共混法方便，但在混炼过程时，由于橡胶豁度大，加工困难，且石墨烯片层间范德华力强，橡胶和石墨烯的极性相差大，所以石墨烯很难剥离并均匀分散在橡胶中，另外石墨烯表观密度低导致加料困难。 胶乳共混法 胶乳共混法通常是先将石墨烯及其衍生物分散在水相中，再与橡胶胶乳混合，经过絮凝、烘干、混炼配合制备复合材料。由于绝大多数橡胶都存在胶乳，而且GO和改性石墨烯能稳定分散在水中，因此胶乳共混法为制备石墨烯/橡胶复合材料的制备提供了一种有效和简单的途径。另外，胶乳共混法有利于石墨烯在橡胶中均匀分散，并避免有毒溶剂的使用。 石墨烯/橡胶复合材料性能 机械性能 石墨烯被认为是目前最硬、强度最高的材料，拥有超高的比表面积，加入非常少量石墨烯就能明显提橡胶复合材料性能，下图对比了几种纳米填料对橡胶增强效率，可以看到石墨烯具有更显著的增强效果。虽然纳米填料对聚合物有着非常高的增强效率(加入少量份数即带来强度、模量等大幅度提升)，但当加入较多份数时(如大于10 wt%)，纳米填料容易发生严重聚集，反而导致复合材料性能下降。为了充分发挥不同形状、形态和性质的纳米填料的各自优势，将两种不同维度的纳米填料进行杂化(杂化填料)并加入到聚合物中，对提高聚合物复合材料的机械性能和导电(热)性表现出显著的协同效应。　　接枝反应示意图 导电性 石墨烯具有高的比表面积和电导率，研究报道，石墨烯填充的聚合物复合材料拥有高的电导率和更低的导电值，这为制备轻质量、高导电性的橡胶复合材料提供了机遇。石墨烯/橡胶复合材料的电导率主要依赖于石墨烯比表面积、石墨烯含量、石墨烯分散和分布以及石墨烯例象胶界面结合。TEG比表面积对SR导电性影响石墨烯片层间相互搭接形成3D互连网络结构 通过控制石墨烯在复合材料中的分布，能有效降低复合材料的导电值并提高其导电率。 导热性 导热橡胶在电力电子、热管理材料等领域具有广泛应用。石墨烯具有超高的热导率(5000 W /(mk))，明显高于碳纳米管(3000 W/(mk))因此石墨烯在制备导热橡胶复合材料中也有巨大的应用前景。在橡胶复合材料中，热能主要通过声子进行传递，强的填料镇料、填料沛象胶祸合有利于热能的传导。因此为了获得具有高热导率的石墨烯/橡胶复合材料，需要降低界面声子损耗，增强石墨烯锻胶界面作用。 气体阻隔性 橡胶作为一种重要的密封材料，在工程技术领域有着广泛应用。石墨烯为二维片层材料，具有很大的比表面积，且对气体分子具有优异的阻隔性，因此石墨烯在提高橡胶复合材料气体阻隔方面也具有潜在的应用。 其他性能 石墨烯除了能有效提高橡胶复合材料强度电导率和热导率外如改善其动态使用还能改善复合材料其他性能、增加其耐磨性。 总结与展望 石墨烯具有优异的物理和电子特性，如超高的强度、超高的导电率和导热率、大的比表面积。作为橡胶纳米填料，石墨烯具有非常高的增强效率和效果，同时还可以赋予橡胶材料其他特性如导电性、导热性，改善其动态性能和气体阻隔性等，对橡胶制品的高性能化和功能化具有特别的意义。 石墨烯/橡胶复合材料研究存在的挑战和机遇： (1)需要明确石墨烯的结构特性，确定结构对性质的影响，为石墨烯的改性和其复合材料制备提供理论基础; (2)虽然石墨烯价格比碳纳米管低，但是仍然缺少简单有效的方法宏量生产石墨烯。这是制备石墨烯/橡胶复合材料的重要前提; (3)由于分散和界面对橡胶复合材料性能的决定性影响，目前石墨烯/橡胶复合材料的基础研究关键在于复合材料结构设计的方法学、形态结构的细致和定量化表征(例如3DTEM的应用)以及结构性能关系的确立等几个重要方面; (4)虽然石墨烯在橡胶材料中具有巨大的潜在应用优势，但目前缺乏石墨烯/橡胶应用性研究，尤其是有关石墨烯在高性能轮胎工业的应用。

石墨烯从其诞生至今不过10年光景。2004年为石墨烯科学研究的萌芽阶段，随后即进入快速成长阶段;从2008年开始，尤其是在2010年石墨烯发明者获得了诺贝尔奖之后，关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。 下文从专利分布、研究机构分布、研究领域分布和主要研究成果等方面梳理目前石墨烯的基础科研动向。 一、专利分布 目前全球共有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯技术的开发和研究，其中包括三星、IBM等科技巨头。我们通过最近几年的专利申请情况对目前石墨烯的研究进展进行概览。从专利申请总量来看，2010年以来全球石墨烯专利申请总量呈爆发式增长;2012年全球石墨烯专利申请量已经达到3500个，可见目前全球范围内正在掀起石墨烯研究与开发的高潮。 从石墨烯专利申请国别分布来看，2013年全球石墨烯专利申请量最大的是中国，其次为美国、韩国和日本。在石墨烯相关论文方面，欧盟排名第一，2013年共发表了7800篇论文;就国别而论，依然是中国排名第一，共发表了6649篇论文。 总体而言，目前中国已经处在石墨烯研究的前沿阵地;但是，从研究深度和创新性而言，非常核心的技术和创新性技术中国仍未掌握。二、研究机构分布 从事石墨烯研究的机构比较广泛，包括学术研究机构、企业、个人和政府层面。比较普遍的研究模式是学术研究机构与企业的合作，例如韩国三星与韩国成均馆大学合作对石墨烯的制备基础方法和应用开展研究。 从研究机构专利数量口径看，在前十名中，有4家机构来自韩国，4家来自中国，2家来自美国。并且，6家机构都是科研院所或独立科研机构，4家为企业。其中，专利数量最多的是韩国三星电子，其专利申请数量为210个，占全球总量的7.3%，其研究范围涵盖了石墨烯制备方法和在显示屏、锂电池领域的应用;其次为韩国成均馆大学、浙江大学、IBM、清华大学等。三、研究领域分布 从石墨烯研究领域分布看，全球研究热点主要在材料的导电性、导热性、石墨烯的制备研究、纳米材料研究等。 中国石墨烯研究热点主要分布石墨烯纳米复合材料、石墨烯制备、石墨烯电极等方向。我们统计了前20位主要研究机构的重点研究领域，发现研究热点分布于：(1)复合材料;(2)碳纳米管;(3)电容器;(4)传感器;(5)晶体管;(6)透明电极;(7)锂电池;(8)燃料电池。上述研究大多属于石墨烯应用，而关于石墨烯的制备改进工艺或者大规模量产石墨烯的基础研究非常少。 四、最新研究成果 在石墨烯制备方面，最新的研究成果是在生成单晶石墨烯的方法上，目前有两种方法已经能获得直径约为1mm的单晶石墨烯和直径为25px的单晶石墨烯，但是这两种方法各有优劣。 在石墨烯应用方面，最新的研究成果包括把作为光敏元件(PD)的光增益提高到了原来的约1000倍、提高柔性湿度传感器的响应时间等。在锂电池、半导体、传感器、无线通讯、电容器、电子元件、海水淡化等多个领域都有重大突破。 在众多最新研究成果中，属于中国研究机构的成果依然稀少，印证了前文中我们提到的，虽然中国在专利申请和论文发表方面在国际领先，但是在真正的研究前沿方面距离美国、日本和韩国等国家仍有一定差距。

直缝焊管是一种笼统得叫法，方式用钢带生产，在高频焊接设备直缝焊接的管子都叫直缝焊管。（由于钢管的焊接处成一条直线故而得名）。 其中按照用途不同，又不同的后道生产工序.(大致可分为脚手架管，流体管，电线套管，支架管，护栏管等几种） 而低压流体焊管是直缝焊管的一种，一般用水，煤气的输送， 在焊接完毕后比普通焊管多加以一道水压测试，故而低压流体管比普通直缝焊管价格一般高出一点（按现在的市场价来说，大概高出80元左右） 例如：焊接钢管流体管1寸（DN25）（就是Φ33.5*3.25) 价格大概在3950每吨。 而普通直缝焊管在3880左右。

石墨烯具有共同的功用和潜在的运用远景，现在已成为全世界的重视焦点与研讨热门。石墨烯经功用化改性后既保留了原有性质，还附带了改性基团的反响活性，能有用进步石墨烯在涂料系统中的涣散性、相容性，乃至可赋予涂料系统某种特殊功用，因而石墨烯的功用化改性是其在涂料范畴运用中必不可少的重要一环。 一、在导电涂猜中的运用 石墨烯用于涂猜中可制备纯石墨烯涂料和石墨烯复合涂料，前者首要是指纯石墨烯在金属表面发挥防腐蚀、导电等作用的功用涂料;后者首要是指石墨烯首要与聚合物树脂复合，然后以复合材料制备功用涂料，石墨烯可明显提高聚合物的功用，因而石墨烯复合涂料成为石墨烯的重要运用研讨范畴。 石墨烯的共结构使之具有很高的电子迁移率和优异的电学功用，这是人们最期望能够运用的功用。传统的导电涂料经过参加导电性物质作为增加剂来到达涂膜导电的意图，导电性增加剂一般为金属或金属氧化物颗粒(如银粉、铜粉、氧化锌等)，以运用较为广泛的银粉为例，其用量、粒径和形状都对涂料的导电功用有很大影响。比较银粉，石墨烯除了有很好的导电功用外，还具有优异的机械功用及热功用，是极佳的导电涂料增加剂。 导电性石墨烯涂料制备流程 将制得的GO与复原剂制成混合涣散液，将该涣散液喷涂在已预热的基底上。该办法的长处在于制备涂膜的一起复原了氧化石墨烯，经过简略过程制得细密的导电性石墨烯涂膜，其表面电阻为2.2×103Ω/sq，在波长550nm下透光率高达84%。石墨烯导电涂料也可经过旋涂工艺施工，涂膜表面电阻可低至102～103Ω/sq，在550nm波长下透光率到达80%。 二、抗静电涂料的运用 抗静电涂料广泛用于电子、电器、航空及化工等多种范畴，跟着现代科技的开展，对其抗静电功用的要求越来越高。石墨烯所具有的高导电性、强力学功用等特色，有利于制备高功用、高强度的抗静电涂料。 01、轿车静电喷涂淡色底漆 轿车是重要的工业产品。轿车组成构件中有很大一部分，比方说轿车车身、保险杠、表里饰件等，都是塑料制品，无法构成电场。为了完成静电喷涂工艺，就要先在加工件表面先涂上一层导电底漆，然后在进行静电喷涂。当时轿车喷涂导电底漆首要经过增加导电炭黑使涂料具有导电性。由此导致导电底漆色彩较深，为了漂亮，往往要再喷涂一层底漆进行隐瞒，然后再进行正式的静电喷涂。这种办法工艺杂乱，也进步了本钱，故此推行难度较大。 石墨烯导电性好、色彩浅，理论上单层的石墨烯是通明的，这样就能够逃避由于导电剂带来的底漆色彩变深问题，关于轿车静电喷涂的改善非常有利。数据显现，参加2%到4%的石墨烯后，底漆涂层值为40到50，完全能够满意轿车静电喷涂的色度要求。 02、导静电涂料 石墨烯在导电涂猜中的另一个重要运用范畴是导静电涂料。该种涂料表面电阻一般坐落106 到109之间，能够有用防止静电导走现象发作，故而一般运用于对防火、防爆等要求很高的场合。比方石油、化工、铁路、交通等职业贮油罐、输油管道、油轮等贮油、输油设备的表里壁，煤矿、航空、纺织、粮食等职业设备的防腐涂料一般都是运用导静电涂料作为防腐涂料，这样既能够最大极限防止设备腐蚀，又能够防止电荷集聚发生静电引发火灾事故的问题。石墨烯兼具杰出的导电性和防腐蚀性，因而在导静电涂猜中运用作用很好。

近日，中国科学院马衍伟团队开发出一种具有多级次微观结构的新型石墨烯-多孔碳球复合纳米材料。该碳复合材料兼具石墨烯纳米片和多孔碳纳米球的优点，具有3182m2/g的超高比表面积和1.93 cm3/g的大孔隙率。采用该碳纳米材料，制备出了高性能锂硫电池正极。 从微观结构来看，这种碳复合材料以石墨烯纳米片作为骨架，表面分散附着直径约为200nm的碳球，其内部含有主要为1-3nm的多级次介微纳米多孔结构，共同构成多级次的碳-碳复合纳米结构(如下图1所示)。 图1 基于石墨烯多级次复合材料的碳硫正极结构示意图以及电化学性能  由于超高的比表面积和孔隙率，制备的碳硫复合正极即使在大的硫负载率(74.5%)下，仍可发挥1250mAh/g的比容量(0.2C)。循环充放电100次后，仍可保持916mAh/g的比容量。在2C电流下循环充放电450次，容量保持率约为98%。这表明该研究提出的零维&二维多级次复合纳米结构设计，发挥了石墨烯和多孔碳球的协同效应，有效地分散、限域硫正极，提高了电化学活性、避免了硫的穿梭效应，为开发高容量、长循环性能锂硫电池以及其它储能器件提供了新的思路。

水性涂料是国家发起开展的环境友好型涂料，但某些功用尚不及相应的溶剂型涂料，影响其开展。石墨烯具有共同功用，可改善水性涂料功用，促进其开展，给涂料作业者带来新的等待。石墨烯在涂猜中运用首先是改性溶剂型涂料，但用于改性水性涂料也有显着开展。改性办法可用共混法复合改性，也可用原位聚合和溶胶-凝胶技能复合法改性，还可用偶联剂润饰，一同实施不同的功用改性。 1 用钛酸酯偶联剂润饰水涣散改性石墨烯 按通用办法将石墨制成氧化石墨烯，向氧化石墨烯涣散液内分别参加钛酸酯和，在水浴加热法下发作反响，使氧化石墨烯复原并一同嫁接上钛酸酯偶联剂分子。将取得的混合液进行后处理和真空枯燥，得到粉末状改性石墨烯。 因为钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行了表面润饰，不再发生聚会，故石墨烯水涣散体稳定性高，可长期储存，合适用于复合材料及涂层材料的制备。制备工艺简洁，出产效率高，出产进程和产品均能契合环保要求。 2 石墨烯与基体树脂共混复合水性涂料 2.1 水性导电涂料 石墨烯/聚酯树脂复合水性导电涂料。用Hummers法制备氧化石墨烯，经两步化学复原法得到有机分子润饰的石墨烯水溶液，参加聚酯、助剂和交联剂、催化剂，经液态共混，制备得到水性导墨烯涂料。该涂料具有高导电功用和力学功用，可运用于电磁屏蔽、抗静电、防腐、散热、耐磨及电子线路等范畴，具有广泛的运用价值。 2.2 石墨烯改性水性环氧树脂耐磨玻璃涂料 石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料由两组分组成，榜首组分为基体成膜物，第二组分为固化剂。其间榜首组分包含改性环氧树脂20%～40%、助剂0.5%～7%、氧化石墨烯0.1%～5%、偶联剂1%～2%，其他为水(均为质量分数);第二组分是胺类固化剂。在运用前将两组分混合，其间第二组分占混合物质量分数的3%～30%。该涂料具有硬度高、耐磨性好、与玻璃基底亲和力与附着力强、耐水、耐乙醇性好，且契合环保要求。别的制备办法简洁，具有重要的商业化运用价值。 2.3 石墨烯改性酸酯聚合物水泥防水涂料 用Hummers法制备的氧化石墨烯参加酸酯类聚合物乳液中，参加选用的助剂，按份额参加水泥，拌和涣散，制成氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。该涂料显着增加了酸酯类聚合物乳液成膜的抗拉强度;进步了耐水性;此外，氧化石墨烯丰厚的含氧官能团能够调理水泥水化产品晶体的成长，进步其抗拉强度和耐性。故氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料具有杰出的耐久性、抗渗性以及物理力学功用，运用远景宽广。 2.4 石墨烯改性聚酯树脂复合水性涂料 2.4.1 石墨烯/水性聚酯纳米复合乳液 将真空脱水的聚醚多元醇(N210)和TDI反响制得聚酯预聚体，参加二羟甲基引进亲水羧基，加中和盐基化，参加氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反响，减压蒸馏出后，滴加维生素C溶液进行原位复原反响，得到石墨烯/水性聚酯纳米复合乳胶树脂。该乳胶树脂可运用于静电防护、防腐涂层、建筑涂料等范畴，本发明工艺简洁、环保、合适大规模出产。 2.4.2 石墨烯/TiO2复合材料改性水性聚酯抗菌涂料 纳米TiO2作为光催化纳米材料的一种，有抗菌灭菌效果，但它关于可见光吸收率较低，纳米粒子趋向于集合，大大降低了其灭菌效果。在含纳米TiO2抗菌涂猜中，引进5%以下的石墨烯，显着进步涂料对可见光吸收率，并加强纳米TiO2的光催化活性和抗菌、灭菌才能，使改性后的水性聚酯在抗菌灭菌归纳功用方面有很大进步。而且具有杰出的表面功用、耐水性和力学功用。 3 石墨烯/聚酯原位聚合的水性导电涂料 石墨烯比较传统的碳系导电填料(炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维等)具有愈加优异的导电性及机械功用。 用二元胺对氧化石墨烯进行基化改性，后用化学复原康复石墨烯的共导电系统，使用石墨烯表面的—NH与—NCO封端的水性聚酯原位聚合，制得含石墨烯的水性聚酯导电涂料。 该导电涂料具有防辐射、抗静电、防腐蚀、耐磨等特性，可用于高分子材料、金属材料、纺织材料表面等方面。 4 用溶胶-凝胶技能制备改性石墨烯/水性聚酯纳米复合涂料 中国科技大学Xin Wang等于2012年在《Surface& CoatingsTechnology》上宣布了他们的研讨论文：用溶胶-凝胶技能制备改性石墨烯/水性聚酯复合纳米涂料，分3部分： (1)硅烷改性石墨烯纳米薄膜制备。用Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，然后对GO水涣散体用化学复原成GNS，再用DCC(N,N'-二环己基碳化二亚胺)和3-基丙基三乙氧基硅烷(APTES)功用改性，用超声波涣散1h，在70 ℃下拌和反响24 h，经后处理得到APTES功用改性的石墨烯纳米膜f-GNS。 (2)硅烷APTES封端的水性聚酯(WPU)制备。用异佛尔酮二异酸酯(IPDI)、聚氧化丙二醇、一缩二乙二醇和三羟甲基混合多元醇组成PU预聚物，再和二羟甲基反响，然后加APTES反响，得到APTES封端的水性聚酯(WPU)，产率86.3%，数均分子量28600(GPC测定)。 (3)溶胶-凝胶技能制备f-GNS/WPU纳米复合涂料。凭借超声波将f-GNS粉末涣散在去离子水中制成悬浮液，将APTES封端的WPU参加其间一同混合，用调理pH值，制成f-GNS/WPU纳米复合涂料。 用1H-NMR、FTIR、XPS、GPC、AFM、HRTEM等表征了GO、f-GNS的结构，根本验证了图1所示的分子结构式与反响进程，及f-GNS/WPU纳米复合涂料产品结构和组成。纳米复合物中的T1、T2和T3代表了单、二和三替代的硅烷键合，证真实APTES封端的WPU和f-GNS相邻的硅氧烷分子之间缩聚反响，构成共价键。 5 结 语 5.1 石墨烯具有共同功用，研制热潮在全球突起 石墨烯是当今世界发现的“至薄”的晶体材料，厚度只要1个碳原子，也是“至坚”材料之一，并具有高导电性、高导热性。猜测在航空航天、世界勘探、海洋开发、国防工业、国民经济各方面具有不可估量的运用远景，研讨热潮在全球突起，国内也起步不俗，开展较快。 5.2 石墨烯在改性涂料功用方面展现了新的远景 对石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等功用涂猜中都具有十分诱人的潜在远景。 石墨烯与各种涂料树脂经过物理共混、原位聚合和溶胶-凝胶技能等法复合;或用偶联剂润饰，或选用原位聚合等工艺。这些工艺在改性水性涂猜中均证明可行，且功用改善显着。水性涂料经石墨烯改性，其功用有望“更上一层楼”，其进一步开展可期。 5.3 石墨烯改性涂料研制脚步初迈，要正确促进石墨烯出产及运用的开发热潮继续升温，但应镇定对待。 对出产厂商而言，石墨烯出产技能是否到达世界最先进，是否契合清洁文明出产工艺要求，本钱是否合理，有许多技能作业要做。石墨烯在涂猜中的运用，国内有不少研讨作业和专利宣布，开展势头较好，但不能说“已入胜境”。石墨烯和涂料树脂复合办法、助剂挑选、功用性改善，研制的空间都很大。国内宣布石墨烯改性水性涂料的作业和专利多是实验室效果，要到达有用并产业化，要更多投入，有许多研制作业要做。

导读前不久，任正非在承受媒体采访时宣称，未来10至20年内会迸发一场技能，“我以为这个年代将来最大的推翻，是石墨烯年代推翻硅年代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，现已接近鸿沟了，石墨是技能前沿”。这儿说到的石墨烯，终究是何方神圣？它真的能带来推翻吗？扫描电镜下的石墨烯，显现出其碳原子组成的六边形结构。图片来历：Lawrence Berkley National Laboratory石墨烯——一种只需一个原子厚的二维碳膜——确实是种令人惊奇的材料。尽管姓名里带有石墨二字，但它既不依靠石墨储量也彻底不是石墨的特性：石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来奇特材料的风仪。假如再把它的潜在用处开个清单——维护涂层，通明可弯折电子元件，超大容量电容器，等等——那简直是改动国际的发明。连2010年诺贝尔物理学奖都颁发了它呢！其实就在2012年，因石墨烯而取得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和他的搭档曾经在《天然》上发表文章评论石墨烯的未来，两年来的开展也根本证明了他们的猜测。他以为作为一种材料，石墨烯“出路是光亮的、路途是曲折的”，尽管将来它或许能发挥严重效果，可是在战胜几个严重困难之前，这一场景还不会到来。更重要的是，考虑到工业更新的巨大本钱，石墨烯的优点或许不足以让它简略地代替现有的设备——它的真实远景，或许在于为它的共同特性量身定做的全新运用场合。 石墨烯终究是什么？ 石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。碳原子之间彼此连接成六角网格。铅笔里用的石墨就适当于许多层石墨烯叠在一起，而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间的联系。图片来历：enago.com由于碳原子之间化学键的特性，石墨烯很坚强：能够曲折到很大视点而不开裂，还能反抗很高的压力。而由于只需一层原子，电子的运动被约束在一个平面上，为它带来了全新的电学特点。石墨烯在可见光下通明，但不透气。这些特征使得它十分合适作为维护层和通明电子产品的质料。 可是合适归合适，真的做出来还没那么快。 问题之一：制备方法。       许多项研讨向咱们展示了石墨烯的惊人特征，但有一个圈套。这些美好的特性对样品质量要求十分高。要想取得电学和机械功能都最佳的石墨烯样品，需求最费时吃力费钱的手法：机械剥离法——用胶带粘到石墨上，手艺把石墨烯剥下来。诺沃肖洛夫团队捐赠给斯德哥尔摩的石墨、石墨烯和胶带。胶带上的签名“Andre Geim”就是和诺沃肖洛夫一起取得诺贝尔奖的人。图片来历：wikipedia尽管所需的设备和技能含量看起来都很低，但问题是成功率更低，弄点儿样品做研讨还能够，工业化出产？恶作剧。要论工业化，这手法毫无用处。哪怕你把握了全国际的石墨矿，一天又能剥下来几片……        当然现在咱们有了许多其他方法，能增加产值、降低本钱——费事是这些方法的产品质量又掉下去了。咱们有液相剥离法：把石墨或许相似的含碳材料放进表面张力超高的液体里，然后超声轰炸把石墨烯雪花炸下来。咱们有化学气相堆积法：让含碳的气体在铜表面上冷凝，构成的石墨烯薄层再剥下来。咱们还有直接成长法，在两层硅中间直接设法长出一层石墨烯来。还有化学氧化还原法，靠氧原子的刺进把石墨片层别离，如此等等。方法有许多，也各自有各自的适用范围，可是迄今为止还没有真的能合适工业化大规模推行出产的技能。        这些方法为什么做不出高质量的石墨烯？举个比如。尽管一片石墨烯的中心部分是完美的六元环，但在边际部分往往会被打乱，成为五元或七元环。这看起来没啥大不了的，可是化学气相堆积法发生的“一片”石墨烯并不真的是完好的、从一点上成长出来的一片。它其实是多个点一起成长发生的“多晶”，而没有方法能确保这多个点长出来的小片都能完好对齐。所以，这些变形环不光散布在边际，还存在于每“一片”这样做出来的石墨烯内部，成为结构缺点、简略开裂。更糟糕的是，石墨烯的这种开裂点不像多晶金属那样会自我愈合，而很或许要一向延伸下去。成果是整个石墨烯的强度要折半。材料是个费事的范畴，想鱼与熊掌兼得不是不或许，但必定没有那么快。显微镜下的一块石墨烯，伪色符号。每一“色块”代表一片石墨烯“单晶”。图片来历：Cornell.edu 问题之二：电学功能。       石墨烯一个有远景的方向是显现设备——触屏，电子纸，等等。可是现在而言石墨烯和金属电极的接触点电阻很难抵挡。诺沃肖洛夫估量这个问题能在十年之内处理。       可是为啥咱们不能爽性扔掉金属，全用石墨烯呢？这就是它在电子产品范畴里最丧命的问题。现代电子产品全部是建筑在半导体晶体管之上，而它有一个要害特点称为“带隙”：电子导电能带和非导电能带之间的区间。正由于有了这个区间，电流的活动才干有非对称性，电路才干有开和关两种状况——可是，石墨烯的导电功能真实太好了，它没有这个带隙，只能开不能关。只需电线没有逻辑电路是毫无用处的。所以要想靠石墨烯发明未来电子产品，代替硅基的晶体管，咱们有必要人工植入一个带隙——可是简略植入又会使石墨烯损失它的共同特点。现在针对这个范畴的研讨确实不少：多层复合材料，增加其他元素，改动结构等等；可是诺沃肖洛夫等人以为这个问题要真实处理，还要至少十年。 问题之三：环境危险。       石墨烯工业还有一个意想不到的费事：污染。石墨烯工业现在最老练的产品之一或许是所谓“氧化石墨烯纳米颗粒”，它很廉价，虽不能用来做电池、可弯折触屏等高端范畴，作为电子纸等用处却是适当不错；可是这东西对人体很或许是有毒的。有毒没关系，只需它老老实实呆在电子产品里，那就没有任何问题；可是前不久研讨者刚发现它在地表水里十分安稳、极易分散。尽管现在对它的 环境影响下断语还为时太早，但这确实是个潜在问题。 所以，石墨烯的命运终究怎么？       鉴于曩昔几个月里学界并无新的突破性发展，近来它的这波突发性“炽热”，恐怕本质上仍是本钱运转的炒作成果，应审慎对待。作为工业技能，石墨烯看起来还有许多未能战胜的困难。诺沃肖洛夫指出，现在石墨烯的运用仍是受限于材料出产，所以那些运用最初级最廉价石墨烯的产品（比如氧化石墨烯纳米颗粒），会最早问世，或许只需几年；可是那些依靠于高纯度石墨烯的产品或许还要数十年才干开发出来。关于它能否代替现有的产品线，诺沃肖洛夫仍然心存疑虑。 另一方面，假如商业范畴过度夸张其奇特之处，或许会导致石墨烯工业变成泡沫；一旦决裂，那么或许技能和工业的发展也无法解救它。科学作者菲利普·巴尔曾经在《卫报》上撰文《不要希望石墨烯带来奇观》，指出一切的材料都有其适用范围：钢坚固而沉重，木头简便但易腐，就算看似“全能”的塑料其实也是种种截然不同的高分子各显神通。石墨烯一定会发挥巨大的效果，可是没有理由以为它能成为奇观材料、改动整个国际。或许，用诺沃肖洛夫自己的话说：“石墨烯的真实潜能只需在全新的运用范畴里才干充沛展示：那些设计时就充沛考虑了这一材料特性的产品，而不是用来代替现有产品里的其他材料。” 至于眼下的可打印、可折叠电子产品，可折叠太阳能电池，和超级电容器等等新范畴能否发挥它的潜能，就让咱们平心静气拭目而待吧。

石墨烯是一种二维晶体，石墨烯独特的结构使它具有优异的电学、力学、热学和光学等特性，例如石墨烯具有100倍于硅的超高载流子迁移率、高达130GPa的强度、很好的柔韧性和近20%的伸展率、超高热导率、高达2600m2/g的比表面积，并且几近透明，在很宽的波段内光吸收只有2.3%。这些优异的物理性质使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等方面展现出巨大的应用潜力。 尽管石墨烯还没有实现大规模的产业化，但是，市场对于石墨烯的应用十分看好，就目前的研发成果显示，未来石墨烯将广泛应用于以下四大领域。 1.电子材料领域 作为电极材料，石墨烯是绝佳的负极材料，被认为是可以替代硅的芯片材料。另外，石墨烯在柔性屏幕、可穿戴设备、太阳能充电等领域的应用还有待挖掘。 据悉，英国曼彻斯特大型已经开发出仅有10至40个原子厚度的石墨烯LED屏幕，拥有超薄、可弯曲的特性。这意味着未来，电子设备的屏幕可以进一步降低厚度、更为灵活，甚至实现整体柔性化。 石墨烯在可穿戴设备领域也具有一定应用空间。例如，爱尔兰科学家正在开发基于石墨烯的灵活可穿戴传感器，并发现该传感器能够检测到用户最细微的动作，包括跟踪呼吸和脉搏。另外，该传感器还能实现自供电，也许未来能够应用在智能服装中。 2.散热材料领域 金属材料在散热应用方面存在难于加工、耗费能源、密度过大、导电、易变形以及废料难回收等诸多问题，几乎没有太大的降价空间。而纳米石墨烯导热塑料如应用在LED灯具等产品的散热上，其系统成本至少可以降低30%。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的纳米新材料，是目前人类所发现的几乎完美的平面原子结构，其出色的导电、导热以及散热性能让各行各业均对其寄予厚望。 石墨烯是二维的单层碳原子晶体，与三维材料相比，其低维结构可显著削减晶界处声子的边界散射，并赋予其特殊的声子扩散模式。石墨烯所具有的快速导热与散热特性使得石墨烯成为极佳的散热材料，可用于智能手机、平板电脑、大功率节能led照明、卫星电路、激光武器等的散热。 3.生物医学领域 石墨烯具有突出的力学性能和生物相容性，将其作为增强填料可显著提高生物材料的力学性能。 生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。石墨烯制成的生物传感器对生命分析领域的快速发展具有重要现实意义。在基因组测序技术领域，最近成功开发出来的DNA感测器，是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能探测DNA链的旋转和位置结构。该感测器利用石墨烯的电学性质，成功实现检测DNA序列的微观功能。 4.军工领域 从中国石墨烯产业技术创新战略联盟(简称联盟)获悉，为促进石墨烯在军工领域的推广应用，2015年1月16日，联盟将举行军工应用委员会成立授牌仪式。 我国政府和国防军工方面的领导和专家对石墨烯在军工领域的应用前景十分关注。据悉，今年年初，在哈尔滨召开的“石墨烯军工应用技术研讨会”上，总装备部、国防科工局、各军工集团相关领导、专家，以及石墨烯产业领域专家与企业家、军工及民口配套单位代表共同研讨石墨烯在军工方面的应用前景。 由于石墨烯具有高导电性、高韧度、高强度、超大比表面积等特点，业内人士认为，石墨烯在航天军工等领域有广泛应用。据悉，我国科学家发现石墨烯可做太空动力源。通过对石墨烯在光作用下的运动现象的研究表明，石墨烯材料可将光能直接转化为动能，这标志着石墨烯材料将成为一种新的动力来源，这种动力源将远高于光压现象所产生的动力源。未来，石墨烯可能为星际探索、卫星变轨等提供无尽的动力。 结语 石墨烯由于优越的特性，业内预计未来5至10年，全球石墨烯产业规模会超过1000亿美元。更有乐观者认为，石墨烯的市场潜在规模至少在万亿元以上。就目前情况来讲，石墨烯市场化的最大阻碍是市场需求和价格，石墨烯未来产业化之路遥遥，需要政府的支持，和研发人员的开拓创新，相信通过共同努力，石墨烯将在更多的领域大放异彩。

石墨烯(Graphenes)：是一种二维纳米碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的总称。石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由s键衔接，结合办法为sp2杂化，这些s键赋予了石墨烯极端优异的力学性质和结构刚性。 1、石墨烯的根本特性和制备办法 石墨烯(Graphenes)：是一种二维纳米碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的总称。石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由s键衔接，结合办法为sp2杂化，这些s键赋予了石墨烯极端优异的力学性质和结构刚性。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚固的纳米材料，它几乎是彻底通明的，只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子搬迁率超越15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子搬迁的速度极快，因而被等待可用来开展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。因为石墨烯实质上是一种通明、杰出的导体，也合适用来制作通明触控屏幕、光板、乃至是太阳能电池。图1 石墨烯的结构示意图 石墨烯首要制备办法图2 石墨烯制备办法优缺点比较 制备石墨烯常见的办法为液相剥离法、氧化复原法、SiC外延生长法和化学气相堆积法(CVD)。液相剥离法是在溶液中首要依托机械力的作用，战胜石墨层间的范德华力，将体相石墨剥离成单层或少层石墨烯的办法。现在最常用的剥离设备是超声发生器，存在扩大难、功率低及石墨烯层数较厚等问题。 氧化复原法是经过将石墨氧化，增大石墨层之间的距离，再经过物理办法将其别离，最终经过化学法复原，得到石墨烯的办法。这种办法操作简略，产值高，可是产品质量稍差。一般运用的剥离设备是超声发生器，氧化复原设备是反应釜，导致扩大难及氧化复原功率低一级问题。 SiC外延法是经过在超高真空的高温环境下，使硅原子提高脱离材料，剩余的C原子经过自组方式重构，然后得到根据SiC衬底的石墨烯。这种办法能够获得高质量的石墨烯，可是这种办法对设备要求较高。 CVD法是现在最有或许完成工业化制备高质量、大面积石墨烯的办法。这种办法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特色，但现阶段本钱较高，工艺条件还需进一步完善。这些办法中最有或许规模化的低本钱制备办法是液相剥离法和氧化复原法。 2、超重力氧化复原法制备石墨烯 2.1 超重力技能介绍： 超重力技能是使用旋转填充床(RPB)发生的比地球重力大得多的超重力环境，强化物质的传递、混合、传热及化学反应的技能。 自世纪面世以来，在国内外遭到广泛的注重，因为它的广泛适用性以及具有传统设备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易工作、易修理、安全、牢靠、灵敏以及更能适应环境等长处，使得超重力技能在化工、环保、材料等工业领域中较广泛应用。 超重力工程技能的特色：具有微观混合特性;具有极大的强化传质特性;能发生均匀而有梯度的剪切作用;扩大作用不明显等。图3 年产1万吨超重力法纳米碳酸钙出产线 2.2 超重力氧化复原法制备石墨烯：图4 超重力氧化复原法制备石墨烯研讨布景图5 超重力氧化复原法制备石墨烯根本工艺 2.3 超重力法氧化石墨剥离技能 (1)剥离时刻对氧化石墨烯功能影响：图6 不同剥离时刻制备的氧化石墨烯对MB染料吸附曲线图7 不同剥离时刻制备的氧化石墨烯TEM相片 (2)氧化石墨溶液浓度对氧化石墨烯功能的影响图8 不同氧化石墨溶液浓度制备的氧化石墨烯对MB染料吸附曲线图9 不同溶液不同氧化石墨溶液浓度制备的氧化石墨烯层数示意图 由图9标明：G峰的波数越高，层数越少，G’峰的波数越低，层数越少。D峰和G峰的强度比ID/IG数值越大，缺点程度越高 (3)旋转床办法和超声法制备氧化石墨烯功能比照图10石墨烯循环伏安曲线图(a)经旋转床剥离后制备石墨烯CV曲线;(b)经超声剥离后制备石墨烯CV曲线;(c)两种办法制备石墨烯在10mV/s下CV曲线 成果显现：旋转床办法制备的石墨烯比电容量为225F/g，而超声办法制备为175 F/g。图11 两种办法制备的石墨烯沟通阻抗值比较 旋转床制备的石墨烯沟通阻抗值约为7.5Ω，超声反应釜制备的石墨烯沟通阻抗值约为14Ω，阻抗值更小，导电率更大，选用四探针法测定的石墨烯均匀电导率，RPB剥离的为312.8S/m，超声反应釜的为278.1 S/m 。 2.4 超重力复原技能 (1)温度对超重力复原法制备石墨烯的影响图12 不同复原温度下制备石墨烯的CV曲线图13 不同复原温度下制备石墨烯的EIS曲线 (2)不同复原剂品种对制备石墨烯功能的影响不同复原剂制备石墨烯TEM相片不同复原剂制备石墨烯红外光谱相片 图14不同复原剂品种对制备石墨烯功能的影响 由图14能够看出，VC(抗坏血酸)和复原作用较好，复原程度较高，含氧基团特征峰强度低 。 (3)超重力法和惯例办法复原氧化石墨烯的作用比照图15 超重力法和惯例法制备石墨烯XPS成果比照 小结：3、超重力液相剥离法制备石墨烯图16 超重力液相剥离法制备石墨烯设备图17 超重力液相剥离法制备石墨成果 横向尺度150nm, 厚度3-9层，浓度：0.3mg/ml; 产率：3%; 溶剂为水 4、总结 (1)超重力氧化复原法制备石墨烯具有产品质量高，出产功率高，易产业化的特色。 (2)超重力直接剥离法具有本钱低，产品质量好，易产业化的特色。 (3)这种技能也有望用于其它层状材料,如：高岭土、蒙脱土、云母等的剥离及深加工，欢迎合作开发。

2017年能够说是有史以来环保查得最严的一年，8月7日，第四批中心环境保护监察发动。此前，中心环保监察组现已进行了三批监察。为什么本年环保查的这么严呢?近年来，跟着我国经济的飞速发展，环境污染问题现已不容忽视，防治污染刻不容缓。其间水资源的污染更是不容小觑，废水的管理也成为专家学者的要点研讨课题之一。那么被誉为21世纪的“奇特材料”的石墨烯对处理废水有哪些协助呢? 石墨烯是仅由一个原子厚度的碳原子构成的蜂窝状的二维平面碳纳米材料，表面没有活性基团，所以不能直接吸附水合金属离子或金属离子与简略阴离子的合作物，在石墨烯片层上复合一种其它的材料，组成多功用的石墨烯复合材料，能够大大缓解石墨烯简单聚会的状况，还能供给更优异的功用。还有石墨烯的一些衍生物也能够到达比石墨烯更好的吸附作用，下面就介绍几种石墨烯材料在废水中的用处。 1、石墨烯复合材料在染料废水处理中的运用 石墨烯复合材料不只能够处理石墨烯易于聚会的问题进而加速吸附染料的速率，并且赋予了材料新的功用。将用处理过的氧化石墨烯与金属离子溶液反响制备了石墨烯/Fe3O4复合材料，该材料不只能够有用吸附罗丹明B、酸性蓝、孔雀绿等多种染料，并且该材料在400℃条件下煅烧后能够重复运用，是处理染料废水的杰出材料之一。 2、氧化石墨烯在造纸废水中的运用 氧化石墨烯是石墨烯的一种常见的衍生物，其表面和边际具有很多的羟基、羧基及环氧基等含氧基团，具有杰出的化学稳定性、较强的亲水功用和优异的抗污染才能。氧化石墨烯能很好的涣散在水中，可经过真空抽滤、滴涂、旋涂、浸涂等传统办法在载体上构成由氧化石墨烯单原子薄片堆叠的层状别离膜。而相邻氧化石墨烯片层之间可构成具有选择性的二维通道，该通道与氧化石墨烯边际及其片上孔洞、缺点彼此贯穿，构成网络，构成传输途径，水分子能够以单分子层的方式无冲突地经过，一起氧化石墨烯片层间存在较强的氢键，使氧化石墨烯膜具有杰出的力学功用。以氧化铝陶瓷为基底，经过浸渍法制备完好的氧化石墨烯。用于处理造纸芬顿氧化出水，通量为3.10 kg/m2h，Mg2+、Ca2+和SO42-离子的去除率别离能到达71%、70%和54%，且具有较好的稳定性和抗污染才能。 3、氧化石墨烯对重金属离子的吸附 氧化石墨烯表面的含氧基团使得它具有杰出的亲水性，并且含氧基团能够和金属离子发作作用，然后能够别离富集水相中的金属离子。废水中常见重金属离子，其毒性大、散布广、含量低、不易降解，长时间在环境中涣散存在，终究经过生物富集作用被迫植物吸收，经过食物链进入人体，对人类的生计和健康发生严峻的影响。吸附是现在常用的一种处理办法，而吸附的功用决议了深度处理的作用。研讨标明，相同条件下，片状氧化石墨烯、碳纳米管和活性炭对Cu2+的富集量别离为46.6 mgCu/g、28.5 mgCu/g、和4~5 mgCu/g，显示出石墨烯的杰出吸附功用。  石墨烯因具有巨大的比表面积而展现出极强的吸附才能，能够被广泛运用于吸附水溶液中各类分子或离子。而单一的石墨烯因其聚会现象导致吸附才能低下，吸附平衡过久。可是石墨烯的复合材料和其衍生物能够处理这些问题。不过石墨烯载体材料在吸附运用方面还处于探究阶段，还有许多问题需求处理，例如进一步研讨石墨烯材料的循环运用，在研讨富集的一起研讨解吸进程，下降材料运用本钱。

不久前，LED用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料等20余种石墨烯产品在青岛举行的2015我国国际石墨烯立异大会上被推出。石墨烯产品正快速从实验室走入百姓生活中，也由此引发了新一轮石墨烯工业化热潮。 中新网12月20日电不久前，LED用高导热石墨烯复合材料、石墨烯防弹材料等20余种石墨烯产品在青岛举行的2015我国国际石墨烯立异大会上被推出。石墨烯产品正快速从实验室走入百姓生活中，也由此引发了新一轮石墨烯工业化热潮。 12月20日，京津冀石墨烯工业展开联盟在北京五洲大酒店正式建立。该联盟在我国石墨烯工业技能立异战略联盟、唐山国家高新技能工业开发区等单位的联合支撑下，由中关村华清石墨烯工业技能立异联盟、东旭光电、清华大学、北京大学、中科院国家纳米研究中心、天津大学、河北工业大学等单位联合主张。 会上，河北省工业和信息化厅厅长邹平现场宣读了建立京津冀石墨烯工业化展开联盟的批复，清晰表态对京津冀石墨烯工业展开联盟建立的支撑。联盟建立后，河北省工业和信息化厅将重视和辅导其建造，极大提升了联盟含金量。 与此一起，在石墨烯工业化上很早就开端探究和布局的东旭光电也是本次联盟的主张单位之一。关于其工业位置，我国石墨烯工业技能立异战略联盟秘书长李义春标明：“现在，东旭光电已成为石墨烯工业展开出资布局的领军厂商。” 政府支撑京津冀石墨烯工业展开 石墨烯因奇特的特性和使用的广泛，被科学家预言将“彻底改变21世纪”。这也为其迎来了方针的“春天”——“十三五”规划主张清晰提出将加速打破新材料等范畴的中心技能，工信部等部委也联合发布了《关于加速石墨烯工业立异展开的若干定见》，提出要将石墨烯工业打造成先导工业。 定见提出，到2020年构成完善的石墨烯工业系统。一起，打造若干家具有中心竞争力的石墨烯厂商，建成以石墨烯为特征的新式工业化工业演示基地。 “正承意于此，咱们决议主张建立京津冀石墨烯工业联盟，以加速京津冀区域石墨烯工业展开。”大会安排方介绍说，该联盟将进一步整合京津冀石墨烯工业资源，大力构建以厂商为主体、商场为导向、产学研相结合的石墨烯全工业链的工业集合区。 该人士进一步解释道，经过联盟的带动效果，一致和谐三地资源。如在京津冀区域内和谐安排厂商联合展开有商场潜力的石墨烯工业使用技能，集合、打破工业要害和共性难题，进步工业立异才能和竞争才能，促进我国石墨烯工业满意国内高技能范畴的火急需求，扩展工业使用范畴，推动全工业链的展开。 在京津冀石墨烯工业展开联盟中，河北省工信厅与唐山市政府将扮演重要人物。在同等条件下将优先在方针、资金、人才等方面给予石墨烯工业支撑，一起，还将鼓舞省内外石墨烯范畴厂商、高等院校、科研院所等有关组织向唐山高新区集合，构成京津冀战略性新兴工业新高地。 “现在石墨烯工业展开重在研制根底，而京津冀在这方面具有全国最顶尖的配备，这是其它石墨烯工业基地无法比拟的优势。”东旭光电出资负责人王忠辉标明，在京津冀石墨烯工业联盟的支撑下，东旭光电有望完成跨越式展开。 东旭光电做石墨烯工业化排头兵 资料显现，东旭光电是国内最大的集液晶玻璃基板配备制作、技能研制及产品出产供应于一体的高新技能厂商。现在公司具有在建及建成10条G6液晶玻璃基板出产线，而跟着旭飞光电和旭新光电7条G5液晶玻璃基板出产线的注入，公司玻璃基板工业集群得以进一步强化。 “东旭光电的石墨烯工业布局首要环绕光电显演示畴打开，研制中的石墨烯产品可与现有光电显现产品彼此协同，增强产品的集约化效应。”王忠辉介绍说，因而东旭光电非常重视石墨烯作为新材料的技能研制和储藏，将其作为公司在新材料范畴的重要战略布局。 事实上，东旭光电早在2014年上半年即已着手在石墨烯范畴进行布局。上一年6月份，公司已与北京理工大学携手一起打造“东旭光墨烯技能研究院”，致力于石墨烯在通明导电膜、散热膜、锂电池负极材料等范畴的使用研究。经过半年多尽力，本年3月份，国内第一家以石墨烯新材料的技能研制、项目孵化和工业运营渠道——北京旭碳新材料科技有限公司正式建立，标明公司石墨烯工业化使用开端进入最终冲刺环节。 “现在，合资公司的研制正在稳步推动，相关项目研制已进入中试阶段，估计下一年或完成部分石墨烯产品的定型。”王忠辉介绍石墨烯工业开展时标明。 其实，此次北理工技能入股的三项创造专利技能归于不同维度石墨烯材料可控拼装制备技能，能够制备从一维石墨烯纤维到基底上三维石墨烯功用膜的系统性组成办法，在项目公司发动之初即已奠定了较高的技能起点。 与此一起，该公司又在本年4月与我国石墨烯工业技能立异战略联盟一起建立了北京东旭华清出资有限公司，加强在信息沟通、资源整合、战略规划、商场推广等范畴展开全方位的协作，打造专业的石墨烯投融资渠道。 关于公司继续在石墨烯工业方面的投入，王忠辉通知记者：“东旭光电活跃打造研制、出资等渠道首要期望经过多种方法推动石墨烯工业展开，力求公司完成石墨烯工业的跨越式展开。” 职业分析人士以为，活跃的工业布局和继续工业投入现已使得东旭光墨烯工业展开获得显着成果，已成为国内石墨烯工业展开的领军厂商之一。跟着京津冀石墨烯工业联盟的建立，东旭光电有望凭仗本身先发优势和雄厚实力成为工业化排头兵，引领京津冀石墨烯工业化展开。

石墨烯是由单层六角碳原子构成的蜂窝状二维晶体，厚度仅为1个碳原子巨细。石墨烯片层上的碳原子间构成了大π键，因为π电子具有离域性，使得石墨烯具有优异的导电功用。石墨烯共同的电子结构使其电子行为不能用薛定愕方程来描绘，只能用相对论量子力学中狄拉克方程来描绘。石墨烯中电子的传输速度非常快，到达了光速的1/300。石墨烯中电子有弹道运送的特征，平均自由程能够到达300-500nm。这些特性使石墨烯在新材料领域中具有宽广的运用远景。 氧化石墨烯表面带有环氧基、羧基等活性基团，会与纳米碳酸钙构成共价键，如环氧基与碳酸钙表面的羟基构成-O-O-O-共价键;石墨烯表面呈电负性的羧基与碳酸钙表面的钙离子构成化学键;石墨烯片层上π-π共系统与碳酸钙的碳氧键中的大π键也会发作新的大π-π共系统。这些新的电子结构在原位聚合进程中会对PVC分子链结构发作影响。 以石墨烯为基质，经氧化复原一超声波场效应涣散法，将零维的纳米碳酸钙与二维的石墨烯片层进行杂化，然后将此杂化材料参加氯乙烯的原位聚合。在原位聚合进程中，2种纳米材料坚持了各自本来的特性，并发作了显着的协同效应。石墨烯与纳米碳酸钙杂化后，石墨烯成为电子搬运的通道，有望在聚合和加工进程中对PVC分子链的预安稳化作出贡献，削减PVC分子链上多烯结构的构成。别的，氧化复原石墨烯中残存的环氧基团也能直接对PVC起热安稳效果。杂化材料中2种纳米材料间的协同效果显着进步了PVC的热安稳性，展示了令人鼓舞的运用远景。 1、实验部分 质料：PVC树脂、氧化石墨烯、石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料; 仪器与设备：透射式电子显微镜、紫外光谱仪、电子自旋共振波谱仪、X射线光电子能谱仪等。 (1)氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯是由石墨被氧化所制得的，反响式见图1。氧化石墨烯为堆叠的三维结构，其片层表面有羟基、环氧基、羟基等含氧官能团，层间含有水分子，具有较大的层距离。 (2)原位聚合办法 聚合反响之前，选用专有技能将石墨烯配制成前置液，首要意图是处理石墨烯的涣散问题，使其与聚合反响系统相匹配。原位聚合在10L或20L不锈钢反响釜中进行，反响开端前以400r/min的转速冷拌和0.5-1.0h，正常反响时的转速为270r/min，最终在57.5℃下聚合5-6h，出料离心脱水，然后烘干得到原位聚合树脂。 (3)功用测验 原位聚合PVC树脂用环氧树脂包埋切片，然后用TEM调查。热安稳性点评选用刚果红试纸法和液相电导法，依照GB/T 2917.1-2002进行。 2、杂化材料的结构特征 氧化复原石墨烯具有图1的分子结构，除了组成石墨烯的环结构外，还有环氧基、羟基、羧基，这些基团残留数量能够通过复原剂水合腆的用量和反响时刻来调理。氧化复原石墨烯中保存必定数量的剩余基团对原位聚合PVC进程是有利的，羟基、羧基的存在有利于石墨烯在以水为介质的水相悬浮系统中的涣散，环氧基能对PVC分子中的活性结构起到相似安稳剂的效果。 石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料的制备办法有2种： ①先将石墨烯涣散在氢氧化钙溶液中，向反响器内注入二氧化碳气体，操控鼓泡速度和调理系统表面张力，能够在石墨烯模板上结晶成长巨细必定的纳米碳酸钙颗粒。这儿的一切反响都是在超声波场效应环境下完结，超声波的频率和输入的能量场密度是至关重要的工艺条件。 ②把纳米碳酸钙参加到氧化石墨烯的复原反响进程中来，效果相同非常抱负。图2为石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料的TEM相片。由图2可知：5-10μm的石墨烯片层上拼装了60-80nm的纳米碳酸钙颗粒，其能够对石墨烯起层间阻隔效果，阻挠石墨烯片层从头聚会。石墨烯和纳米碳酸钙是2种不同维数的纳米材料，联合运用能够进一步按捺石墨烯片层的聚会现象，起到了很好的协同效果，为纳米复合材料的功用化规划供给了非常有利的结构条件。 3、PVC的微观形状 图3为氧化复原石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料(以下简称杂化材料)的原位聚合PVC树脂(以下简称原位树脂)的SEM相片。由图3可知：氧化复原石墨烯在PVC树脂基体内呈现砖墙形纳米级层层自拼装结构，纳米碳酸钙颗粒镶嵌在石墨烯模板上。氧化复原石墨烯片层具有柔性，在PVC颗粒结构的成粒进程发作了片层歪曲、褶皱，还发现石墨烯在初级颗粒子中间交叉桥联。这些结构特征将更有利于石墨烯和碳酸钙分子中电子轨迹的杂化。 4、原位树脂的物理功用 不同原位聚合组分的原位树脂的物理功用见表1。由表1可知： ①与普通PVC树脂比较，氧化复原石墨烯原位树脂的黏数略有添加，表观密度和热安稳性根本无改变; ②与前两种PVC树脂比较，杂化材料原位树脂的黏数改变不大，表观密度有所下降，热安稳性大幅进步。 5、原位树脂的热安稳性 (1)热分化反响的研讨 液相电导法利用去离子水作吸收池，用电导仪可接连测出PVC树脂受热时放出HCl的进程，可计算出每分钟脱除HCl的摩尔分数，即热分化速率。实际上，PVC加工职业对诱导时刻比热分化速率更感兴趣，因为只需诱导时刻比物料受热加工的时刻长，即便分化速率再大，对热安稳功用的影响也不大。所以，PVC树脂热分化的诱导时刻比分化速率更重要。不同原位聚合组分的原位树脂的热分化电导率曲线见图4，诱导时刻和分化速率见表2。由表2可知：杂化材料B原位树脂的热分化诱导时刻最长。 (2)紫外光谱的研讨 PVC热分化程度与降解进程中构成的共双键数有着亲近的联络。跟着降解时刻延伸，PVC主链上“拉链式”地脱去HCl而构成共多烯烃。当共双键数≥个时，就会因构成多烯结构而引起上色并导致PVC材料力学功用的急剧下降。紫外光吸收波长与共双键数的对应联系见表3。以四氢吠喃(THF)为溶剂，用紫外光谱仪进行紫外吸收测验。图5是不同PVC样品热分化0min和20min时的紫外光谱。因为石墨烯自身存在很多的环结构，其间共双键使2#样品的数据本底值进步。比照图5(a)(b)能够看出：1#和3#样品降解前后的紫外吸收光谱不同很大，最大吸收峰的方位未变，但紫外吸收强度从0.2剧增到0.8-0.9，阐明在加热进程中PVC大分子链发作了较为剧烈的降解。而2#样品是杂化材料原位树脂，在185℃热分化20min后，其紫外吸收光谱不同甚小。例如最大吸收峰处的紫外吸收强度仅从1.7略增到1.8，热安稳性是3个样品之中最好的。3#样品是添加单一石墨烯的原位树脂，在热分化时刻超越20min时，共双键数大于6的长链多烯结构数量显着升高，这个样品的刚果红试纸变色时刻也很短。图6为不相同品别离热分化0、10、20、30min的紫外光谱。 在THF中受热10min今后，PVC大分子中的多烯结构浓度比未加热时显着升高，这与脱HCl构成的共双键数添加有关。可是图6(b)反映的共辘双键数反而多于图6(c)，这一反常现象的原因应该与构成的多烯结构发作了二次反响有关。多烯结构能够发作分子间的交联，也能发作分子内的环化，一起脱除下来的HCl有或许从头与PVC分子上的双键发作加成反响等，使得加热进程中会有PVC分子链共双键浓度下降的状况呈现。 PVC热分化以脱HCl为首要特征，脱除的HCl对PVC降解起催化效果，脱除HCl后PVC分子链上生成共多烯结构，一起添加1个不安稳的氯原子。 对PVC分子进行安稳化需求处理以下3方面的问题： ①要吸收HCl，阻挠主动催化效果; ②能置换或削减分子链上不安稳的烯丙基氯原子或叔碳氯等不安稳结构，缩短多烯序列结构; ③能够构成防备和消除主动降解活性点的结构。 在加工受热进程中，PVC受热初期有HCl脱除，石墨烯分子中的π-π键堆积能够通过电子轨迹杂化按捺PVC分子链断裂而构成相似于交联的结构，一起氧化复原石墨烯结构上的环氧基也能够对PVC起热安稳效果，而纳米碳酸钙则能够有用吸收放出的HCl，因而杂化材料简直具有了PVC大分子安稳化需求的悉数功用，可显着地进步PVC的热安稳性。 (3)电子自旋共振光谱的研讨 电子自旋共振(Electron Spin Resonanee，ESR)，又称顺磁共振(Param agneticResonance)。ESR是用来测定未成对电子与其环境相互效果的一种物理办法，特别适用于辨识与定量测定自由基分子。当未成对电子在不同的原子或化学键上，或邻近有不同的基团(即具有不同的化学环境)时，其电子自旋共振光谱就能够具体地反映出来，而且不受其周围反磁性物质(如有机配体)的影响。 图7和图8为不同PVC样品的ESR图谱(加热温度220℃)。图中的峰归属于主链上与多烯结构相连的亚甲基碳自由基：-CHCl-C•H-(CH=CH)n-。加热时刻为1h时，图7(a)中纯PVC的信号强度为3500，而图7(b)(c)中则没有检测到自由基信号。实验成果标明：短时刻加热时，纯PVC主链上就会脱HCl发作自由基。依据PVC热分化自由基连锁反响机制，这将显着加速热分化的速率。而平等条件下，参加纳米碳酸钙和杂化材料的原位树脂则没有检测到自由基，标明少数纳米材料的参加有用地按捺了自由基的发作，从源头上下降了PVC热分化的速率，然后极大地进步了PVC的耐热安稳性。加热时刻为10h时，图8(a)中纯PVC的信号强度为300000，图8(b)中的信号强度为100000，图8(c)中的信号强度为30000，一起呈现了新的峰，标明有新的自由基出产。跟着加热时刻的延伸，3种PVC样品都检测到了自由基信号。参加纳米材料后，PVC的自由基浓度下降，特别是杂化材料原位树脂的自由基信号强度仅为纯PVC的10%。 更为有意义的是，发现杂化材料原位树脂构成了新的自由基，这标明纳米碳酸钙与石墨烯两者间构成的π-π共效果有安稳自由基的效果，构成了新的慵懒自由基，进步了PVC的热老化功用。 (4)流变功用的研讨 图9、图10别离为纯PVC、杂化材料原位树脂的流变曲线。 由图9、图10能够看出：2种PVC在前期的扭矩与料温曲线根本共同，但在后期显着不同。纯PVC在22min时有一个显着的扭矩上升然后急剧下降的现象，一起料温也有一个先上升后下降的进程。这是因为通过长时刻的加热后，PVC发作了分子链降解，然后使扭矩急剧下降，一起因为降解随同有热量放出，使得料温有所上升。而杂化材料原位树脂一直到30min，扭矩仍很平稳，一起料温也坚持不变。这标明在相同的加工条件下，杂化材料原位树脂表现出更好的热安稳性，这与前文的实验成果共同。 6、定论与展望 (1)石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料与氯乙烯进行原位聚合后得到的PVC树脂的热安稳性显着进步，刚果红试纸彻底变色时刻能够长达28min，液相电导法测验的PVC热分化诱导时刻超越80min，大大超越了PVC加工所需求的加热时刻。 (2)加热后杂化材料原位树脂的多烯序列结构数量显着下降，其自由基浓度与普通PVC树脂比较呈指数级下降。此外，杂化材料原位树脂分子链结构上部分碳原子的结合能显着进步。 (3)杂化材料的参加使PVC大分子链高度安稳，然后添加了PVC的热安稳性，这为扩展PVC运用领域、削减加工进程中热安稳剂的用量发明了非常有利的条件，能够下降PVC的加工成本，进步PVC材料对环境的友爱程度，提高PVC与其他聚烯烃材料竞赛时的优势。 (4)跟着对此现象的深入研讨以及制备办法的改善，特别是进一步开发新式石墨烯基杂化材料，能够预见，一批具有高热安稳性、高强度、优异电磁屏蔽功用的PVC新材料将会很快被开发并敏捷市场化，为PVC工业的升级换代发挥巨大的效果。 资料来源于石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料对PVC的安稳效果。

石墨烯是一种二维晶体，又称单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中别离出石墨烯，因而一起取得2010年诺贝尔物理学奖。作为现在发现的最薄、强度最大、导电导热功能最强的一种新式纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，在半导体工业、光伏工业、锂电子电池、航天、军工、新一代显示器等传统范畴和新式范畴都将带来革新。性的技能进步。一起，石墨烯工业遭到国家政策的大力支撑，包含新材料‘十三五’规划在内的多个石墨烯工业支撑政策或连续出台，石墨烯职业未来将有巨大的成长性出资时机。 一、石墨烯工业状况 (一)全球现状。根据优胜的功能，石墨烯具有宽广的商场前景和巨大的经济效益。每年有很多学术出资安排涌入石墨烯商场。现在，已有包含美国、欧盟、日本等国际发达国家区域在内的80多个国家区域投入石墨烯材料研制，且美、英、韩、日、欧盟等均将石墨烯研讨提升至战略高度，等待它带来巨大的商场价值。据不完全统计，现在全球有近300家公司进入石墨烯相关的研讨和开发，其间包含IBM、英特尔、美国晟碟、陶氏化学、通用、杜邦、施乐、三星、洛克希德?马丁、波音等科技巨子。 (二)国内状况。早在2010年夏，济宁利特纳米成为国内进入石墨烯职业最早的单位。2011年，江苏常州市出资5000万，建立江南石墨烯科技工业园。2013年，宁波市和无锡市先后供给专项基金并出台《石墨烯工业开展规划大纲》，用于石墨烯的工业化扶持。2013年7月，我国石墨烯工业技能立异战略联盟建立。一起，江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等安排以多种形式协同立异，纷繁建立了工业技能联盟，促进了立异资源优化组合和立异工业化进程。2013年末，我国石墨烯标准化委员会宣告建立，我国石墨烯研讨及检测公共效劳途径一起发动，该效劳途径首要为我国石墨烯工业技能立异战略联盟相关单位供给专业的石墨烯功能检测与结构表征效劳。2014年9月，在宁波举行的2014我国国际石墨烯立异大会，招引了国表里很多高校、科研院所、厂商的活跃参与，引发又一轮的石墨烯研制使用热潮。2015年3月，全球第一批3万部石墨烯手机在重庆发布，敞开了石墨烯工业化使用的新时代。 (三)青岛市工业现状。2015年，青岛市举行我国国际石墨烯立异大会，获批“国家青岛石墨烯及先进碳材料特征工业基地”和“青岛市石墨烯国际科技协作基地”，营建了杰出的工业开展环境。2016年，青岛市科技立异委员会发布《青岛市十大科技立异中心建造总体方案》，方案中提出将要点推动石墨烯等十大科技立异中心建造。高新区作为青岛开展石墨烯工业的先行区和演示区，规划建造占地135亩的石墨烯工业载体，建立国内首个国际石墨烯立异中心;建立1亿元的国内首支石墨烯天使出资基金，建立石墨烯公共检测途径和协同立异途径。莱西市石墨烯工业开展首要会集在南墅镇，2012年已被确立为青岛莱西市石墨新材料工业集聚区。莱西市正在依托石墨烯高新技能制备优势、石墨文明品牌优势、搁置土地财物优势，活跃准备创立国家级石墨烯工业化演示基地。首要石墨烯项目有： 1、青岛德通纳米技能有限公司物理法石墨烯项目。公司总出资一亿元人民币，第一期出资3000万元人民币建成年产1000吨高质量石墨烯导电导热剂的出产线，于2015年10月试车成功，成为我国长江以北最大的石墨烯浆料出产基地。试车典礼得到石墨烯诺贝尔物理学奖取得者安德烈盖姆教授等国际石墨烯范畴的闻名专家教授莅临指导并予以好评。现在公司进入正常运营状况，成为青岛区域大型国企的重要石墨烯质料直销商。公司正经过工艺优化将完成年产5000吨石墨烯浆料的产能。公司该出产线选用自主开发的石墨烯物理出产工艺，在国际国内职业具有独特性和抢先性，克服了因化学出产工艺而带来的环境污染和安全隐患。一起公司还活跃进行石墨烯下流使用产品研制，2016年10月份注册的青岛小安净化公司，首要进行石墨烯除菌除味剂及水净化设备出产。 2、青岛德安新碳复合材料有限公司项目。2016年9月，青岛德安新碳复合材料有限公司正式建立，2017年上半年开端投产。该项目是由莱西市政府、德通纳米、安德烈盖姆教授一起建立的一家从事新式石墨烯复合材料出产的科技型公司，公司注册本钱7000万元，总出资3亿元。引入石墨烯诺贝尔物理学奖取得者安德烈盖姆教授，将其团队开发的石墨烯复合材料技能与萧小月博士团队开发的出产工艺相结合，致力于石墨烯工程塑料、石墨烯纳米复合材料及其设备的规划、开发、出产及商业化使用。 3、青岛华高墨烯科技有限公司300吨氧化法石墨烯出产项目。首要从事石墨烯研制出产和石墨烯防弹材料、石墨烯导热膜的使用出产，现处于建造阶段。 二、开展时机 工业和信息化部、开展变革委、科技部于15年11月30号联合下发了《关于加速石墨烯工业立异开展的若干意见》(工信部联原〔2015〕435号)，提出要把石墨烯工业打形成先导工业，到2020年，构成完善的石墨烯工业系统。石墨烯新材料项目也现已列入青岛市“十三五”规划十大科技立异中心，青岛市2016年政府工作报告指出要点推动莱西石墨烯工业基地建造。在国家政策的大力支撑下，包含新材料“十三五”规划在内的多个石墨烯工业支撑政策或连续出台，石墨烯职业未来将有巨大的成长性出资时机。 (一)工业优势。莱西市石墨资源丰厚，具有总储量1.2亿吨，约占全国已探明含量的22%石墨储量，资源和质量国内绝无仅有。石墨烯技能与丰厚的石墨矿资源相结合，将进一步推动石墨矿这一传统工业向绿色无污染的高新技能工业转化和晋级。其间，德通公司活跃开展与青岛双星轮胎、山东奥冠新动力科技、国轩高科动力动力(莱西)，青岛海信等下流使用厂商的工业链建造，致力于推动石墨烯下流产品的规模化使用，特别是针对电子产品和汽车轮胎产品对热办理技能的巨大商场需求，开发石墨烯高导热工程塑料。一起活跃推动高质量电池电极导电剂、海洋工程重防腐涂料和电磁屏蔽涂料的使用，力求完成石墨烯工业化演示的重要打破。 (二)工业开展规划。依照“整合、同享、完善、进步”的基本思路，莱西市规划建造石墨及碳材料专业技能公共效劳途径和石墨工业专业孵化器——石墨新材料创业中心，配套日子中心、专家公寓，面向一切的石墨新材料、石墨烯厂商供给效劳。中心估计总出资3亿元，占地90亩，建筑面积45000平方米，到2017年末竣工。创业中心首要依托高新技能人才兴办高新技能厂商，建立一个集石墨工业孵化、石墨新材料研制、效果展现买卖、石墨烯及锂电池负极材料出产供应的科技立异途径，一起为创业者供给工作、试验室和出产车间，供给从孵化到规模化出产的完好科技立异效劳。中心选用政府担保，厂商融资的方法，经过系统性调研项目可行性及开展前景，协助厂商向社会资金寻求协作，政府与厂商共担风险，在向厂商供给担保的一起协助社会资金监督厂商运转，打造项目引入——孵化——中试——量产的跨越式招商立异形式。现在，中心已开工面积1万平方米，并成功落户投产青岛德通千吨级石墨烯出产线;引入诺贝尔物理奖取得者安德烈。海姆教授及国家“千人方案”专家、泰山工业领军人才7人。 (三)工业开展政策。莱西市石墨新材料工业集聚区将以建造“国家级的‘碳谷’工业演示基地”和“国际一流的石墨烯新材料出产基地”为政策，分三步开展：第一是吸纳代表国际顶尖技能的石墨烯出产厂商;第二是集聚以石墨烯为原材料的高新技能厂商，构成国际级新材料工业链;第三是建造国家级甚至国际级石墨烯碳材料检测中心、石墨烯碳材料研制基地、石墨烯碳材料标准拟定单位。到2018年末，石墨工业逐渐完成晋级换代，全面完成产品结构由初级产品向深加工及制品改变，进一步进步职业出产会集度，要点培养10-20家石墨烯产品及下流制品系列开发的大型厂商，加速建立石墨资源节省与战略性储藏、石墨新材料缘合性出产及职业办理的科学系统。到2018年，完成工业总产值100亿元;到2023年，完成工业总产值500亿元。 三、石墨烯工业税收奉献状况(以莱西市为例) (一)挂号状况。 从挂号户数来看，2014—2016年度从事石墨烯职业的上下流厂商，户数逐年添加，非正常户数量相对安稳。 石墨烯职业挂号户数状况表(二)职业收入及税负改变状况。2014—2016年度，莱西市石墨烯职业收入呈上升态势，交税数额由4368万元增至8158万元，年均增幅为36.67%，实践税负率由4.10%升至4.81%.往后跟着工业晋级脚步的加速、招商环境的优化和政策扶持力度的加强，都为石墨烯工业税源添加发明了有利条件。2017年1-6月完成悉数经营收入68259万元，缴交税款3825万元。其间，国税2646万元，地税1179万元。 石墨烯职业收入及税负状况表 单位：万元四、工业开展中存在问题 (一)当地政策扶持亟需加强。尽管我国已出台相关的新材料开展拔擢政策，但至今没有专门针对石墨烯工业的专项扶持政策，比较发达国家，在引入海表里石墨烯工业顶级项目、人才方面短少招引力和优势。 (二)大型试验仪器短少。现在，石墨烯下流使用产品的开发需求置办大型试验仪器。这些仪器不只置办和保护的费用贵重，操作和办理上也需求有专业人员担任，假如由各个厂商和研制安排自行处理，一方面在资金上存在较大困难，另一方面也会形成重复建造和资源糟蹋。 (三)短少公共的研制、技能转化与信息交流途径。中小厂商因资金实力短少，然后短少高水平的技能研制途径，约束了技能的晋级;科研安排的原创性基础研讨也往往短少技能转化团队而无法转化为老练的使用技能;有出资需求和转型的厂商与各个研制安排及相关石墨烯厂商往往短少有用的交流途径，难以建立直接的联络。 五、主张与办法 (一)活跃推动工业晋级。一是引导现有厂商由粗豪式质料加工向工艺老练的传统石墨制品工业搬运，一起充分利用石墨资源品牌优势，引导国内新式厂商向我市集合，创立石墨烯出产基地，完成我市石墨烯工业的第一次晋级。二是加强与国表里科研院所的技能协作，进行系统研讨，断定我市石墨烯下流产品的开发方向，逐渐完成向高科技高附加值工业产品改变，完成我市石墨烯工业的第2次晋级。 (二)加大政府引导力度。一是科学规划，拟定相关的优惠政策和工业政策，招引优质本钱、优质人力资源等向石墨烯工业会集，引导石墨烯工业良性开展。二是主张建立市石墨烯工业开展基金，首要用于对石墨烯加工技能投标和石墨烯加工技能打破性开展的奖赏，以调集各科研安排研制的活跃性，赶快处理石墨烯加工的技能瓶颈，一起引导相关厂商从事技能开发。三是活跃与上级部门和谐，争夺将我市石墨深加工列入要点攻关项目方案，归入工业引导资金项目规模。在石墨烯的金融扶持方面，宁波市的现有做法值得学习。宁波市政府每年拿出3000万的资金用于补助厂商除员工工资外的工业化研制、设备、材料、分析测验等费用，支撑大约6～9家研制单位从事石墨烯下流产品开发，招引了包含宁波市在内的多家新材料厂商。 (三)培养区域品牌。建立品牌意识，支撑高质量、高技能含量产品开展，加强商场监管，进步厂商诚信度。安排厂商参与国表里专业展会、洽谈会以及大型促销等活动，并经过网络、报刊、电视等媒体，加大宣扬力度，进步知名度，打造厂商知名品牌，培养莱西区域品牌。依照“区域化、使用化、差异化”的政策，致力于打造“石墨烯+”工业集群，助推我市新材料、新动力和电子信息等战略性新式工业快速兴起。

现在，石墨烯的功用化研讨才刚刚开始，从功用化的办法来看，首要分为共价键功用化和非共价键功用化两种。本文将要点介绍石墨烯功用化的首要展开及其相关使用，并对往后的研讨方向进行了展望。 石墨烯的共价键功用化 石墨烯的共价键功用化是现在研讨最为广泛的功用化办法。虽然石墨烯的主体部分由安稳的六元环构成，但其边缘及缺陷部位具有较高的反响活性，可以经过化学氧化的办法制备石墨烯氧化物((Grapheneoxide)。因为石墨烯氧化物中含有很多的羧基、羟基和环氧键等活性基团，可以使用多种化学反响对石墨烯进行共价键功用化。 石墨烯的有机小分子功用化 石墨烯氧化物及其功用化衍生物具有较好的溶解性，但因为含氧官能团的引进，损坏了石墨烯的大π共扼结构，使其导电性及其他功用显着下降。 2006年，Stankovich等使用有机小分子完成了石墨烯的共价键功用化，他们首要制备了氧化石墨，然后使用异酸酷与氧化石墨上的按基和轻基反响，制备了一系列异酸酷功用化的石墨烯(图1)。图1 异酸酯功用化石墨烯的结构示意图 该功用化石墨烯可以在N,N-二甲基甲酞胺(DMF)等多种极性非质子溶剂中完成均匀涣散，并可以长期坚持安稳。该办法进程简略，条件温文(室温)，功用化程度高，为石墨烯的进一步加土和使用供给了新的思路。 石墨烯的聚合物功用化 选用不同的有机小分子对石墨烯进行功用化，可以取得具有水溶性或有机可溶的石墨烯。在此根底上，Ye等选用共聚的办法制备了两亲性聚合物功用化的石墨烯。如图2所示，他们首要选用化学氧化和超声剥离的手法，制备了石墨烯氧化物，然后用复原，取得了结构相对完好的石墨烯，接下来，在自由基引发剂过氧化二甲酞(BPO)效果下，选用乙烯和酞胺与石墨烯进行化学共聚，取得了聚乙烯-聚酞胺(PS-PAM)嵌段共聚物改性的石墨烯。图2 乙烯-丙稀酰胺共聚物功用化石墨烯的制备 因为聚乙烯和聚酞胺分别在非极性溶剂和极性溶剂中具有较好的溶解性，使得该石墨烯既能溶解于水，也能溶解十二。该办法进一步改进了石墨烯的溶解性，而且，PS-PAM功用化的石墨烯作为添加物，可以在多种聚合物中均匀涣散，使其在聚合物复合材料等范畴有很好的使用远景。 根据共价键功用化的石墨烯杂化材料 石墨烯的共价键功用化不只可以进步石墨烯的溶解性，还可以经过化学交联引进新的官能团，取得具有特殊功用的新式杂化材料。Chen等研讨了强吸光基团卟啉对石墨烯的共价键功用化，卟啉是广泛使用的电子给体材料，而石墨烯是优异的电子受体，经过带基的四基卟啉(TPP)与石墨烯氧化物缩合，初次取得了具有分子内给体-受体(Donor-Acceptox)结构的卟啉-石墨烯杂化材料(图3)。图3 卟啉-石墨烯(给体-受体)杂化材料示意图 检测结果表明，石墨烯与卟啉之间发生了显着的电子及能量转移，该杂化材料具有优异的非线性光学性质。他们还研讨了C60共价键功用化的石墨烯杂化材料，相同使其非线性光学性质大幅度进步。 石墨烯的非共价键功用化 除了共价键功用化外，还可以用π-π相互效果、离子键以及氢键等非共价键效果，使润饰分子对石墨烯进行表面功用化，构成安稳的涣散系统。 石墨烯的兀键功用化 在选用化学氧化办法制备石墨烯的进程中，一般是先制备石墨烯氧化物，然后经过化学复原或高温焙烧来取得石墨烯材料。石墨烯氧化物在水中具有较好的溶解性，但其复原产品简略发生集合，而且很难再次涣散。图4 PmPV非共价键功用化的石墨烯带 聚类高分子PmPV具有大π共扼结构，Dai等使用PmPV与石墨烯之间的π-π相互效果，制备了PmPV非共价键功用化的石墨烯带。他们将胀大石墨涣散到PmPV的二溶液中，然后在超声波效果下取得了PmPV润饰的石墨烯纳米带，在有机溶剂中具有杰出的涣散性(图4)。 石墨烯的离子键功用化 离子相互效果是另一类常用的非共价键功用化办法。Penicaud等经过离子键功用化制备了可溶于有机溶剂的石墨烯。他们选用老练的办法制备了碱金属(钾盐)石墨层间化合物，然后在溶剂中剥离取得了可溶于N-甲基毗咯烷酮(NMP)的功用化石墨烯。图5石墨烯的离子键功用化 该办法不需要添加表面活性剂及其它涣散剂，使用了钾离子与石墨烯上按基负离子之间的相互效果，使石墨烯可以安稳地涣散到极性溶剂中(图5)。 石墨烯的氢键功用化 氢键是一种较强的非共价键，因为石墨烯氧化物的表面具有很多的羧基和羟基等极性基团，简略与其它物质发生氢键相互效果，因而，可以使用氢键对石墨烯氧化物进行功用化。 表1不同PH值下石墨烯氧化物与阿霉素中可构成氢键的基团石墨烯的氢键功用化不只可以用于进步石墨烯的溶解性，还能使用氢键完成有机分子在石墨烯上的负载。Chen等使用氢键效果将抗肿瘤药物阿霉素负载到石墨烯上。他们系统研讨了该系统的氢键品种及构成办法，因为阿霉素中含有羧基和羟基等基团，与石墨烯氧化物的羧基和羟基之间会构成多种氢键，如表1所示，跟着PH值的改动，氢键的品种也会发生变化。 功用化石墨烯的相关使用 经过对石墨烯进行功用化，不只可以进步其溶解性，而且可以赋子石墨烯新的性质，使其在聚合物复合材料，光电功用材料与器材以及生物医药等范畴有很好的使用远景。 聚合物复合材料图6石墨烯聚介物复介材料的光驱动性质 根据石墨烯的聚合物复合材料是石墨烯迈向实践使用的一个重要方向。因为石墨烯具有优异的功用和低价的本钱，而且，功用化今后的石墨烯可以选用溶液加土等惯例办法进行处理，十分适用于开发高功用聚合物复合材料。Ruoff等首要制备了石墨烯-聚乙烯导电复合材料，引起了极大的重视。他们先将基异酸酷功用化的石墨烯均匀地涣散到聚乙烯基体中，然后用二甲阱进行复原，成功地康复了石墨烯的本征导电性，其导电临界含量仅为0.1%。 光电功用材料与器材 新式光电功用材料与器材的开发对电子、信息及通讯等范畴的展开有极大的促进效果。其间，非线性光学材料在图画处理、光开关、光学存储及人员和器材维护等许多范畴有重要的使用远景。好的非线性光学材料一般具有大的偶极矩和二系统等特色，而石墨烯的结构特征正好契合这些要求。图7根据功用化石墨烯的有机光伏器材 Chen等研讨了具有溶液可处理性的功用化石墨烯(SPFGraphene)在通明电极和有机光伏等器材中的使用。根据石墨烯的柔性通明导电薄膜在80%的透光率下，其方块电阻为~102Ω/square，可望在通明电极及光电器材等方面取得广泛的使用;他们还规划并制备了以SPFGraphene作为电子受体，具有体相异质结结构的有机光伏器材，其在空气条件下的光电转化功率可达1.4%(图7)。 生物医药使用 因为石墨烯具有单原子层结构，其比表面积很大，十分合适用作药物体。Dai等首要制备了具有生物相容性的聚乙二醇功用化的石墨烯，使石墨烯具有很好的水溶性，而且可以在血浆等生理环境下坚持安稳涣散;然后使用π-π相互效果初次成功地将抗肿瘤药物喜树碱衍生物((SN38)负载到石墨烯上，敞开了石墨烯在生物医药方面的使用研讨。 结语及展望 如上所述，在短短的几年内，关于石墨烯功用化及其相关使用研讨现已取得了很大的展开。但要真实完成石墨烯的可控功用化及产业化使用，还面对很多的问题和应战。共价键润饰的长处是在添加石墨烯的可加土性的一起，为石墨烯带来新的功用，其缺陷是会部分损坏石墨烯的本征结构，并会改动其物理化学性质;非共价键功用化的长处是土艺简略，条件温文，一起能坚持石墨烯自身的结构与性质，其缺陷是在石墨烯中引进了其他组分(如表面活性剂等)。 经过在石墨烯功用化范畴展开愈加广泛深化的研讨，除了使人们对这一新式二维纳米材料的本征结构和性质取得愈加全面深入的了解外，必将发生一系根据石墨烯的功用愈加优胜的新式材料，从而为完成石墨烯的实践使用奠定科学和技能根底。

石墨烯加热发射的8-15微米远红外波，能有激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子等功能，起到改善血液循环、改善关节疼痛、调节自律神经、提高免疫功能、消炎功能、增强生物体的新陈代谢以及护肤美容、改善体内微循环的作用! 人们知道，2010年的诺贝尔物理奖颁发给了在英国曼彻斯特大学的两位科学家—安得列·盖姆 (Andre Geim) 和 康斯坦丁·诺沃肖罗夫( KonstantinNovoselov), 表彰他们对石墨烯 (Graphene)研究的卓越贡献。作为碳组成的一种结构,石墨烯是一种全新的材料,它不单是其厚度达到前所未有的薄 (是人们发现的第一种由单层原子构成的材料)，而且其强度非常高(其碳原子结构非常稳定)。同时，它也具世界上最小的电阻率，导电性是铜的一百万倍。在导热方面，更是超越了目前已知的其它所有材料。石墨烯近乎完全透明并柔软，但其原子排列之紧密，连具有最小分子结构的氦都无法穿透它，现已被称为是21世纪最为颠覆的材料。近年来，石墨烯及其衍生物广泛在生物医学，包括生物元件，生物检测，疾病诊断，肿瘤治疗，生物成象和药物输送系统等的应用前景，使其成为纳米生物医学领域的研究热点。石墨烯还具有诸多引人瞩目的光学属性，近年来IBM的研究人员已发现，石墨烯能吸收和辐射高达40%的远红外线。       人体也是一个天然的红外线辐射源，其辐射频带很宽，无论肤色如何，活体皮肤的发射率为98%，其中3-50微米波段的远红外线的辐射约占人体辐射量的46%。人体同时又是良好的远红外线吸收体，其吸收波段以3-15微米为主，刚好是在远红外线的作用波段。人体远红外线的吸收机制是通过人体组织的细胞分子中的碳-碳键，碳-氢键，氧-氢键等的伸缩振动，其谐振波大部分在3-15微米，和远红外线的波长和振幅相同，引起共振共鸣。石墨烯加热发射的8-15微米远红外波，能有激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子等功能，起到改善血液循环、改善关节疼痛、调节自律神经、提高免疫功能、消炎功能、增强生物体的新陈代谢以及护肤美容、改善体内微循环的作用!目前，以石墨烯为代表的新材料， 已被中国列为“十三五”战略规划发展重点。

传统形象里石墨烯只能来源于石墨矿物质，现如今有一种新办法推翻传统，我国专家使用从玉米芯中提取等物质后剩下的纤维素为质料制备了生物质石墨烯材料，一起还完结了批量出产，已创超亿元产量。近来，由黑龙江大学和济南圣泉集团股份有限公司联合完结的“生物质石墨烯材料绿色宏量制备工艺”项目经过专家组判定，判定效果以为该项目在国际上创始从生物质中提取制备石墨烯材料的技能途径，办法绿色环保、成本低，生物质石墨烯材料质量高、导电性优异。 惯例石墨烯材料出产主要有三种办法，一种是对石墨进行剥离，第二种是对天然气、等进行化学气相堆积，第三种是氧化石墨还原法。以上办法存在出产周期长、环境污染严峻以及产能受限等问题。付宏刚教授带领的黑龙江大学功用无机材料化学实验室是教育部要点实验室，他们别出心裁使用玉米芯里纤维素进行化学重组，然后组成生物质石墨烯材料。该团队经过“基团配位拼装析碳法”完结了生物质石墨烯材料的宏量制备，一起还在研制使用玉米秸秆制备石墨烯的制备工艺。在2014年建立了国际上首条年产20吨的生物质石墨烯材料宏量制备出产线，并在2016年扩产至年产100吨。创始将生物质石墨烯材料应用于多种纤维复合并成功完结均匀涣散，初次完结了生物质石墨烯材料的效果转化和石墨烯纤维制品的商业化。在我国，生物质中仅玉米芯的年产量就高达1亿吨，大部分集中于东北三省、山东省、河北省，年产100吨生物质石墨烯材料所支撑的产品线可带来产量3—5亿元。

随着便携式电子设备和电动汽车等产业的快速发展，人们对高能量密度电池的需求日益迫切，然而在传统锂离子电池中，正极材料因“插层式”的储锂机制导致其容量普遍较低，无法满足快速增长的市场需求。因此，新型高能量密度二次电池的探索和研发成为了储能领域的研究热点，锂硫电池就是其中之一。 一、锂硫电池简介 锂硫电池的工作原理基于硫和Li+可以发生可逆的氧化还原反应，两者之间的电化学反应式如下：基于该反应的硫正极的理论比容量高达1675mAh/g，是传统锂离子电池正极材料的10倍，同时硫储量丰富、成本低，因此锂硫电池受到了广泛关注，然而硫及多硫化物本身性质的缺陷，使得锂硫电池仍存在很多问题。 首先，硫是绝缘体，导电性差，给电荷传递过程带来困难;其次，多硫化锂可以溶解在电解质中，易迁移到金属锂一侧被还原成不溶性Li2S沉积在金属锂电极表面发生“shuttleeffet”现象;再次，可溶性多硫化锂被完全还原成不溶性硫化物时，会阻碍电子和离子的有效传输;最后，单质硫转化为不溶性硫化物后，由于两种物质密度的差异，会造成体积效应，降低电极稳定性。因此，锂硫电池存在实际容量低、循环性能差和信率性能不佳等缺点。 二、石墨烯在锂硫电池中的应用 针对上述问题，为了获得高性能的锂硫电池，研究者对硫正极进行了多种手段的复合与改性研究，设计并制备了一系列具有新颖结构和优异性能的复合硫正极材料。其中，碳材料因其导电性高、结构丰富、比表面积大等优势而得到了广泛应用，而石墨烯这一新型碳材料在提升锂硫电池性能方面有优异表现。 石墨烯是优异的电子导体，同时具有机械强度高、比表面积大等优点，同时化学改性的石墨烯及石墨烯衍生物具有一系列能为负载提供诸多活性位点的表面官能团，因此石墨烯在复合硫正极材料中得到了广泛的应用。 一方面，石墨烯被用作硫正极的导电载体，弥补硫导电性差的缺陷;另一方面，通过合理的结构设计与表面改性，石墨烯还能够抑制多硫化物的溶解。此外，在最近的研究中，科学家还发现通过石墨烯功能涂层的设计，能够减缓多硫化物在正负极之间的穿梭，抑制“shuttleeffet”现象。 1、石墨烯/硫复合正极材料研究进展 石墨烯极高的电导率可以弥补硫颗粒导电性差的问题，因此石墨烯材料多被设计成负载硫单质的导电基体或者导电网络，比如石墨烯泡沫结构可实现石墨烯与硫在纳米尺度的均匀复合，能够为硫提供快速与高效的电子传输通道，同时纳米孔还能够有效束缚多硫化物。 常规条件下获得的三维石墨烯尽管结构丰富，但极为蓬松，表观密度很低，导致硫负载后复合电极材料体积能量密度严重不足，为此，中科院沈阳金属所成会明院士利用CVD方法在泡沫镍上获得三维多孔石墨烯泡沫。图1 (a)柔性石墨烯/硫复合材料的制备流程;(b、c、d、e)石墨烯/硫复合电极材料照片及柔性展示 该方法不仅能够负载高比例的硫，而且硫的含量能够在3.3~10.1mg/cm2范围内进行调控，特别是负载量为10.1mg/cm2的电极，能够获得极高的比面积容量(13.4mAh/cm2)。 另外，考虑到石墨烯独特的二维片状纳米结构，采用以石墨烯纳米片作为包裹材料，构筑具有“核壳”结构的复合电极材料也是固定多硫化物，缓解其溶解的重要方式。先在碳纳米纤维表面均匀负载上硫，再使用石墨烯包覆在硫表面是一种很有效的方法。图2 具有同轴结构石墨烯/S/碳纳米纤维复合电极制备图 2、石墨烯功能涂层在锂硫电池中的应用 为提高锂硫电池的循环稳定性,除了对硫正极材料的组成与结构进行调控以抑制多硫化物的溶解，通过极片结构的设计来减弱“shuttleeffect”也是一条重要途径。例如，在硫正极和隔膜间添加一层缓冲层能够极大的提高锂硫电池的寿命。图3 石墨烯隔膜涂层有效阻挡多硫化物迁移示意图 石墨烯/硫/石墨烯-隔膜的创新极片结构设计，一方面将集流体由传统的Al箔改为石墨烯;另一方面对隔膜进行改性，改变了原有隔膜与硫正极直接接触的方式，在隔膜表面涂布一层石墨烯材料。 采用传统的极片结构，在循环过程中多硫化物溶解在电解液后，会穿过隔膜进入金属Li一侧，而在这一新颖结构中，存在于隔膜与正极材料之间的石墨烯层能够有效阻止多硫化物的迁移。另外，由于石墨烯材料优异的力学性能，石墨烯改性隔膜能够有效缓解硫正极在充放电过程中的体积变化，保持极片结构的完整性。 综述： 电化学储能在当今人们的生产生活中占有重要地位，无论是可再生能源的大量存储还是便携式设备的高密度存储，对电化学储能器件和材料的成本、储能密度、稳定性等指标都提出了较高的要求。 锂硫电池由于其理论比容量、比能量高，原料价廉易得，在未来电化学储能领域中将极具竞争力，如果通过石墨烯的应用能够改善锂硫电池实际容量低、循环性能差和信率性能不佳等缺点，在不远的将来，锂硫电池的表现可能会给我们带来更多惊喜。