磷是地球上含量最丰厚的元素之一，约占地壳中所有元素质量的0.1%。磷元素的同素异形体有、、紫磷和黑磷，其间黑磷的性质最为安稳，反响活性最弱，它在空气中不会焚烧。黑磷是用在很高压强和较高温度下转化而构成的。图1：黑磷晶体及其晶胞结构示意图 黑磷的物理性质黑磷的制备办法 高压法 高压法是最早用于黑磷制备的办法，1914年Bridgman开发出来的。试验过程：首要将放入长约15cm、内径1.5cm的圆柱型钢制容器，然后将装有的容器放入装有火油的高压设备，并在室温条件下加压至0.6×109Pa，随后，将设备加热到200℃，压力提升到1.2×109Pa，可得到黑磷。高压法制备黑磷重复性较好，并且很短时刻内就能完成到黑磷的转化。可是其制备办法需求用到超高压设备，必定程度上导致黑磷出产本钱较高，不利于大规模商业化出产 铋熔化法 首要，在氩气气氛下将和铋颗粒别离放在设备左右两头，并进行抽真空密封处理(如图2a.所示);然后，对和铋粉加热处理，右端底部会构成铋块，上面则生成，此刻把设备右端取下(如图2b.所示);终究，在300℃下加热铋，并将液铋浇注到固体上，把设备放400℃环境下保温48h，随后降至室温，用硝酸除掉铋，即可得到黑磷。图2：铋熔化法制备黑磷设备示意图 矿化法 矿化法是近几年开发的一种制备黑磷的办法。将Au、Sn、SnI4与按必定质量的份额混合，真空封装在石英管中，加热至必定的温度并保温必定的时刻，即可得到黑磷，但终究产品中存在少数未转化的及反响生成的金属磷化物等杂质。但Au报价贵重，SnI4有毒。后来研讨者们发现直接以I、Sn、为质料在常压下也能制备出黑磷，其具体过程：将Sn、I和在氩气气氛下密封，通过程序升降温处理，相同制备出了黑磷。该制备办法不光不再运用贵重且有毒的SnI4作为矿化剂，并且不再需求真空处理，因此简化了制备工艺流程，本钱大大下降，具有很好的工业化使用远景。 制备办法比较   黑磷未来发展远景 用相似制备石墨烯的办法，黑磷也能够得到黑磷烯。与黑磷比较，黑磷烯具有较高的比表面积、较好的机械功能及电学功能，黑磷和黑磷烯在锂离子电池、钠离子电池和超级电容范畴都具有较好的使用远景。可是黑磷的丧命缺点是缺少安稳性。当触摸水和氧气时，黑磷片层会在极短时刻内氧化进而降解。这一缺点极大地约束了黑磷的研讨和工业使用。高安稳性黑磷的成功制备，无疑可有用推进黑磷在光电器材等范畴的工业使用，还将极大促进其在动力、催化、生物医学等范畴的深入研讨。

日前，内蒙古石墨工业展开联盟树立大会成功举行，与会专家们针对全国石墨工业，特别是内蒙古石墨工业展开进行了观念论述。“现在，厦门大学以及全国几家闻名高校、石墨高新技能厂商已与内蒙古矿业集团达到开始意向，将充分使用内蒙古石墨资源优势和矿业集团工业优势，组成内蒙古石墨烯研讨院与石墨新材料研讨中心，全面协作展开石墨烯、石墨新材料范畴工业研制，树立石墨烯、石墨新材料产研一体化新业态协作形式和政府引导、使用带动、产学研用紧密结合的展开机制，活跃打造国家级石墨新材料工业展开研制渠道。”厦门大学工业技能研讨院院长卢英华在近来举行的内蒙古石墨工业展开联盟树立大会上如是说。 内蒙古矿业集团作为内蒙古石墨工业展开联盟的牵头单位，别离与厦门大学工业技能研讨院、姑苏中材非金属矿工业设计研讨院有限公司、内蒙古金彩实业集团、内蒙古元亨石墨矿业有限公司等8家单位签订了协作协议书。 在联盟树立大会上，针对全国石墨工业，特别是内蒙古石墨工业展开，工信部原材料工业司副巡视员吕桂新、内蒙古自治区政府副秘书长曹晓斌及内蒙古矿业集团党委副书记、总经理苏日勒格别离论述了各自的观念。工信部原材料工业司副巡视员吕桂新： 进步石墨采选、深加工技能水平 石墨是一种极为重要的非金属矿产，其加工制品广泛使用于冶金、机械、核能、兵器以及节能环保、电子信息、高端配备等范畴，各国政府都非常注重石墨资源的维护、开发和使用。近年来，跟着石墨烯新材料的研讨开发和工业化使用的打破，石墨作为一种战略资源的位置愈加凸显。 我国天然石墨资源储量丰厚。经过多年的尽力，我国在推动石墨资源开发和下流深加工方面获得了长足的前进和可喜的效果。可是，现在国内石墨工业展开与先进发达国家比较还有较大距离，存在着资源使用率较低、深加工水平不高、技能立异才能缺乏和工业链条短等问题。我国石墨资源优势并没有展开成工业优势、科技优势和经济优势，国内石墨工业依旧是大而不强，亟待经过以商场主导和政府引导相结合的方法来破解工业展开中的难点问题。 工信部高度注重石墨工业展开，近年来出台了多项方针措施，包含拟定并施行了石墨职业准入办理办法，树立了包含石墨在内的要点非金属矿计算系统，使用技能改造专项资金支撑石墨深加工，促进进步石墨深加工水平，进步石墨烯粉体质料高纯石墨的质量。工信部联合国家发改委和科技部联合发布的《关于加速石墨烯工业立异展开的若干意见》，清晰了2020年末前石墨烯工业展开方针、要点和路线图，并安排了石墨烯新材料效果鉴定和工业化推广使用。 内蒙古石墨资源储量大，矿石档次高、产品质量优，在石墨挖掘加工方面，具有必定的资源优势和工业根底。近年来，内蒙古依托一批科技归纳实力强的高校、科研机构和大厂商，在石墨工业技能研制和石墨烯产品开发使用方面获得了一系列效果。内蒙古应捉住内蒙古石墨工业联盟树立的机会，凝集各方面力气，瞄准石墨烯等前沿材料研制，坚持需求牵引与立异驱动相结合，环绕工业链构树立异链，加强职业共性关键技能研制和推广使用，着力补短板、调结构，推动供应侧结构性变革，把石墨工业打造成为一个有规划、有科技含量、有竞赛实力的新式工业，助力内蒙古经济增加和工业结构调整。 一同，内蒙古石墨工业展开联盟要充分发挥渠道的效果，做好石墨职业展开的支撑效劳;辅导和协助厂商执行好《石墨职业准入条件》，推动工业方针与国土资源、环保、安监、金融等方针的联动，使石墨工业真实成为绿色工业;加强知识产权维护，为石墨职业展开供给支撑;做好政府与厂商、厂商与厂商之间的信息沟通，活跃向政府提出好的方针和主张，引导厂商加强自律，营建公正的商场竞赛环境。 工信部将自始自终地支撑包含内蒙古在内的石墨资源富集区域进一步进步石墨采选、深加工出产技能，展开石墨烯新材料，促进石墨工业转型晋级。 内蒙古自治区政府副秘书长曹晓斌： 为石墨工业展开发明良好环境 内蒙古石墨工业展开联盟承载着自治区石墨工业展开的重担，内蒙古各级政府和部门将支撑联盟展开，为其营建良好环境。 跟着工业4.0脚步的加速，以石墨为引领的新材料工业现已到来。而跟着石墨对全球经济、科技、国防、环境等各范畴展开的影响越来越大，加速展开石墨工业已是大势所趋。 现在，内蒙古已探明的天然石墨资源储量位居全国前列，具有展开石墨工业得天独厚的优势。近年来，内蒙古瞄准前沿科技，活跃展开了石墨烯、石墨新材料等工业建造，并获得了显着成效。 依据《关于加速石墨烯工业立异展开的若干意见》要求，内蒙古自治区“十三五”规划提出“活跃展开战略性新式工业，做大做强新材料工业”的战略部署。现在，内蒙古自治区关于树立国家石墨新材料演示基地，以及石墨新材料工业基地建造方案已上报国家发改委。 内蒙古石墨工业展开联盟的树立，对引领内蒙古石墨工业展开，推动内蒙古资源优势向工业优势和经济优势转化具有重要意义。 往后，内蒙古将以联盟为渠道，以加速自治区石墨工业展开、抢抓工业转型为要点，全面推动内蒙古石墨烯、石墨新材料工业展开壮大。 对此，特提出以下三点期望： 一是搭建起内蒙古石墨工业立异渠道，发挥科技立异优势，不断会聚各方力气。要面向国际科技前沿和国家严重需求，活跃安排产、学、研、用联合攻关，注重技能立异，着力完善石墨全工业链，加速推动自治区石墨工业高端化、一体化、集约化展开。 二是搭建起内蒙古石墨工业引领渠道，立异安排办理架构，将工业上下流紧紧地凝集到一同，树立活跃可行的科研投入和效果转化机制，以及严重科研效果奖赏机制。要立异出资形式，招引更多的社会本钱投入到内蒙古石墨工业展开中来，推动内蒙古石墨工业展开。 三是搭建起内蒙古石墨工业展开效劳渠道。探究效劳展开新形式，加强石墨工业相关信息和数据的搜集、分析及发布，完善标准系统，做好信息沟通，为石墨职业展开供给全方位支撑。一同，要长于把老练完善的效劳展开形式推而广之，进一步助力内蒙古其他工业展开。 内蒙古矿业集团总经理苏日勒格： 石墨新材料成为展开的要点板块 石墨工业作为当时引领绿色工业的重要动能，已成为抢占科技立异制高点、加速经济转型、完成工业晋级的重要途径。客观而言，我国虽然是国际石墨贮存、出产、消费大国，但从整个工业展开链条看，仍以天然石墨输出为主，处在工业展开的最低端，高端产品少、归纳效益差的局势亟待改进，怎么维护好、使用好、发挥好这一战略性优势，已成为推动工业展开的难点地点。总书记高度重视石墨工业展开，屡次环绕工业研制、建造等方面进行调研辅导，并活跃为展开国际间工业协作穿针引线，这为内蒙古展开石墨工业供给了重要遵从和刚强动力。与此一同，面临石墨商场需求不断扩大、产品细分不断深化的客观局势，石墨工业在从头洗牌、立异打破中也迎来了可贵的严重机会。 内蒙古矿业集团作为自治区直属的资源型龙头厂商，承载着做大做强全区资源工业的重担。近些年，集团依照“资源工业化和资源本钱化偏重”的展开战略，环绕“工业布局考究效益、工业建造坚持效益、厂商经营遵守效益、厂商办理效劳效益”的展开理念，全力推动石墨新材料等7大工业板块建造，施行了总规划1300亿元的出资方案，财物总规划超越400亿元，正在朝着“实力杰出、业态高端、办理规范、国内一流”的千亿元级矿业厂商快速跨进。特别是石墨工业作为集团展开的要点板块，紧跟全球工业展开趋势，环绕打造自治区石墨工业中心力气、推动自治区资源优势高效转化的方针，以全区已探明优质石墨资源为根底，以国内尖端科研机构为依托，以集团多元化工业展开为支撑，发动施行了“2212”石墨新材料工业展开战略，即整合2个石墨资源，建造2个石墨工业园区，组成1个石墨工业展开联盟，树立2个石墨新材料科研机构。 内蒙古矿业集团新班子就任后，针对内蒙古大鳞片石墨资源在国内外的优势，活跃策划石墨新材料工业，坚持资源整合和工业展开偏重，并把石墨新材料作为集团公司七大工业板块的要点加以施行。本年7月，集团公司安排协作方内蒙古金彩实业集团、内蒙古元亨石墨矿业公司在深化证明和调研的根底上，先后对我国运载火箭研讨院、我国航天万源集团、姑苏中材非矿院、常州第六元素、江苏石墨烯研讨院、厦门大学、厦大石墨烯研讨院、厦大工业技能研讨院等单位进行了仔细调查。8月3日，其在福建省新式科技工业促进中心、厦大工业技能研讨院等理事单位的推动下，拜会了中科院院士、厦门大学田中群教授，并将内蒙古阿拉善盟大鳞片石墨部分样品送达厦大石墨烯研讨院进行检测和研讨。内蒙古石墨工业展开联盟从8月3日动议到举行树立大会，只用了两周的准备时刻。会议旨在推动各位理事单位和会员单位活跃参与内蒙古石墨工业协作，解内蒙古石墨工业展开布局及下一步展开协作要点;活跃推动矿业集团石墨新材料、石墨烯使用工业快速展开，为内蒙古经济结构调整和工业转型晋级做出应有奉献。 此次，内蒙古石墨工业展开联盟的树立标志着从研制、出产、加工到买卖为一体的石墨全工业链结构已开始构成，使内蒙古石墨工业展开掀开了簇新的华章。下一步，联盟将在一心一意搞好效劳、仔细做好和谐的一同，会同联盟一切理事单位、会员单位，着力整合优质石墨资源，树立石墨深加工基地;着力在科技立异上求打破，经过整合各类科研力气，切实加强石墨工业根底研讨、前沿技能研讨和使用技能研讨，引领全国石墨工业技能展开，促进产、学、研、用深度交融，全力进步效果转化功率;着力在构建完好工业链条上见实效，经过打造立异链，带动建造工业链，全面进步石墨工业技能含量，占据石墨工业价值链高端，依托科技前进做精做细内蒙古石墨工业;经过举行高峰论坛、学术交流、协作对接等活动，进一步进步工业位置，营建愈加稠密的工业展开环境。 到现在，各项工作正在稳步推动，石墨资源整合、工业园区建造、研讨中心组成都已获得实质性发展。

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。

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 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。

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

新《环保法》在元旦之际施行，又恰逢住所产业化的大潮推进。让建材行业难免再次烦躁起来，BY灌浆料、干挂式保温装修一体板、泡沫玻璃、无水粉刷石膏、金属雕花板等新式建材百家争鸣，都期望在新《环保法》施行的大环境之下有所作为。一向走在建筑产业化前列的SOHO我国也是新式建材的拥护者，新项目SOHO复兴广场在上一年年底向大众敞开，沿用SOHO一向别具一格建筑规划风格的一起，泡沫铝这种新式建材也在SOHO复兴广场中很多运用。是何种法力，让泡沫铝在SOHO我国这位“住所产业化先行者”眼中锋芒毕露，并得以“上位”的呢? 　　泡沫铝是在纯铝或铝合金中参加添加剂后，通过发泡工艺而成，一起兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击才能强、耐高温、防火功用强、抗腐蚀、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤才能、易加工、易装置、成形精度高、可进行表面涂装。如果说轻盈强韧是大多数建材的共有特性，那优异的隔热功用和杰出的可塑性就是其在SOHO复兴广场中上位的两项绝技。 　　SOHO复兴广场位于上海内环的中心，淮海中路CBD商圈。紧邻前法租界闻名的百年基督老教堂“诸圣堂”。毗连淮海中路商业街和时髦地标新六合。为了更好地交融传统与现代，约请德国GMP建筑团队和荷兰AIM恺慕建筑团队一起携手打造。建筑结构选用了上海传统的“里弄式”特征规划布局，内部装修切割又供给了一个极点“通明、反射、”的通透空间。作为SOHO的商业写字楼项目，在环保上仍然保有极高的要求，取得国际认可的绿色建筑LEED金级预认证。 　　正是室内“通明、”极点要求和节能环保的双向检测，给了泡沫铝展示的时机。参加项目室内规划的恺慕规划创始人Vincent De Graff在规划中，运用了很多玻璃来完成通明通透的作用，可是作为商用写字楼，每个分隔之间又需求极好的隔音和信号屏蔽作用;很多的玻璃引进，也为室内结构的承重和保温提出了难题。 　　泡沫铝有杰出的声学功用：闭孔泡沫铝的隔声系数达0.9以上，通孔泡沫铝的吸声系数较大也可达0.8，其倍频程均匀吸声系数超越0.4。一起，泡沫铝又能屏蔽电磁搅扰：电磁波频率在2.6—18GHZ之间时，泡沫铝的电磁屏蔽量可达60—90dB。关于写字楼这样信号纷乱凌乱的空间，可以起到很好的屏蔽作用。一起，作为泡沫材料，泡沫铝有极好的保温作用，闭孔泡沫铝的保温作用与大理石适当，分量还不到其一半，可以说是一位纤瘦的“暖男”。通透的玻璃关于节能建筑简直就是灾祸，简直就是泡沫铝凭仗一己之力将很多运用玻璃SOHO复兴广场再度拖回绿色建筑LEED金级预认证的队伍。 　　相关于其他新式建材，泡沫铝还有很好的延展性和可塑性，可以说绝不“固执”。泡沫铝材料可以被装置在高处而无需机械起重设备，如：天花顶棚、墙面和房顶等，可以选用机械办法或直接用螺钉衔接和固定，也可以用粘接剂粘贴在墙或天花板上。这种易于装置的特性，协助SOHO复兴广场的室内呈现出各种冷艳的作用。SOHO复兴广场位居上海内环的中心——富贵的淮海中路CBD商圈。项目占地20,084平方米，包括约7.2万平米的地上面积及6.5万平米的地下面积，规划总建筑面积为137,436平米。市中心的方位和严重的工期，给SOHO复兴广场的施工进程提出了不小的应战。泡沫铝易于装置造型的特性，无疑是SOHO复兴广场可以在2014年按时顺畅竣工重要因素之一。 　　SOHO复兴广场的室内规划师Vincent De Graff，对挑选并压服甲方运用泡沫铝有这样的点评：“咱们在这个规划中选用了泡沫铝，由于它是一种新颖、经用而又具有多种特质的材料。其带有配重感的灰彩，与电梯大堂的亮白色灯火，可以构成契合现代美学的鲜明对比。它又是一种十分风趣的新材料，不是一种涂层或油漆，而是完全由铝或铝合金发泡而成。这种硬质的泡沫有很好的强度，其敞开的泡沫结构又有极佳的隔音功用。这些特质结合在一起，泡沫铝使得SOHO复兴广场的大厅可以呈现出一种强有力的现代智能建筑的面貌。” 　　开发商在挑选建材时，除了对本钱的考虑，更重要的仍是寻觅契合本身产品定位的产品，贴合了项目的全体风格和规划需求，新式建材自有一片六合。泡沫铝在SOHO复兴广场展示出的冷艳作用，或许仅仅新《环保法》舞台下的靠前幕表演，期望能有更多新式环保建材，能在这个大舞台上完成“上位”。

稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等。稀土永磁材料　　稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土 金属 与过渡 金属 （如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30MGOe之间，NdFeB系永磁体的磁能积在27～50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土 金属 钐和稀缺、昂贵的战略 金属 钴，因此，它的发展受到了很大限制。我国稀土永磁 行业 的发展始于上世纪60年代末，当时的主导产品是钐-钴永磁，目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉），主要用于军工技术。随着计算机、通讯等 产业 的发展，稀土永磁特别是NdFeB永磁 产业 得到了飞速发展。稀土超磁致伸缩材料　　磁性材料由于磁场的变化，其长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩。其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩。体积磁致伸缩比线性磁致伸缩要弱得多，一般提到磁致伸缩均指线性磁致伸缩。磁致伸缩效应是1842年由焦耳发现的，故又称焦耳效应。长期以来，作为磁致伸缩材料的主要是镍、铁等 金属 或合金，由于磁致伸缩值较小，功率密度不高，故应用面较窄。主要用于声纳、超声波发射等方面。 稀土超导材料　　当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象，该温度即是临界温度（Tc）。超导体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高，一般可达70～90K，从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用，这就大大地推动了超导材料的研制和应用的发展。 稀土磁光材料　　在磁场或磁矩作用下，物质的电磁特性（如磁导率、介电常数、磁化强度、磁畴结构、磁化方向等）会发生变化。因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化。光通向磁场或磁矩作用下的物质时，其传输特性的变化称为磁光效应。稀土磁致冷材料　　本世纪二十年代末，科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高的现象，即磁热效应。随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料、磁致冷技术及装置进行了大量的研究开发工作。到目前为止，20K以下的低温磁致冷装置在某些领域已实用化，而室温磁致冷技术还在继续研究攻关，目前尚未达到实用化的程度。稀土新材料的运用范围正日益扩大，以后，稀土新材料将会发挥更大的作用。        以上是稀土新材料的介绍,更多信息请详见上海 有色金属 网。 

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。

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。

南江集团旗下宁波墨西科技公司近日发出声明，公司300吨石墨烯生产线项目有望在10月底试生产。这意味着石墨烯产业化又向前迈出了一大步，有关专家预估石墨烯将成为21世纪最有前景的材料。 石墨烯，只有一个碳原子厚度的二维材料，也是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯比钢铁还要坚硬200倍，同时又极其轻巧。它的神奇之处在于，尽管硬度超过钻石，可是厚度却只有纸张的200万分之一，还可以弯曲。 需求旺盛 前景广阔 石墨烯的用途广泛，据《华尔街日报》报道，石墨烯具有极强的导电和导热能力。石墨烯的纤薄、导电等功能，让它目前的主要应用集中在电视、手机的触控显示屏上，但从长远来看，石墨烯还可运用于医学、运输等领域。比如，采用石墨烯技术的化妆品，可以替代现在化妆品中的重金属;利用石墨烯制造的无毒害透明胶布，贴在伤口后可以起到隔绝细菌的功能。科学家还预测，石墨烯将实现人们有关可折叠手机和电子报纸的梦想。未来，石墨烯可用于生产频率更高、发热量更小、信息量更大的计算机芯片。用石墨烯制备的手机电池，三分钟就充满电，能打半个月电话。应用了石墨烯的光调制器，可使网络速度快一万倍。石墨烯可实现直接快速低成本的基因测序，几个小时就能测定完你自己的基因序列或者很快就能从基因上鉴定某种疾病。用石墨烯还可开发出超轻型飞机、超坚韧的防弹衣、轻型汽车，甚至是直上九霄的太空电梯。石墨烯无疑是改变21世纪的材料。 中科院在发布的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》研究报告中指出，未来5~10年世界可能发生22个重大科技事件，其中石墨烯将成为“后硅时代”的新潜力材料。 技术限制 产能落后 虽然石墨烯的用途广、需求量大，但其开采量却直接受到了生产技术的制约，目前我国石墨烯材料的制备方法有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。 微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求。 化学气相沉积法，用CVD法可以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太昂贵，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。 氧化-还原法的缺点是宏量制备，容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷，使石墨烯的应用受到限制。 溶剂剥离法的缺点是产率很低。 溶剂热法生产的石墨烯电导率很低 依托科技 赢得机遇 我国石墨烯产业起步晚，对石墨烯的研究还处于相对较落后的阶段。 石墨烯产业的加速发展必须依靠科技，目前国内多所大学在石墨烯的制备及应用领域申请了众多专利，中国石墨烯产业技术创新战略联盟在北京的成立等都将极大地推动石墨烯产业的发展。 国家政策的支持，企业能力的提升，市场旺盛的需求都将引导石墨烯产业向更广的方向迈进，石墨烯的未来前景将不可限量。

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。

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。

重量极轻，硬度却堪比金刚石： 石墨烯是由碳六角网状构成的二维平面材料(即单层石墨层片)，其家族还包括石墨烯衍生材料，即以石墨烯为功能体与其他材料复合或在其他材料辅助下形成的材料。用更通俗的说法就是，这是一块有望让“薄得像纸一样的透明手机”、“1分钟充完电的电池”、“像衬衣一样的防弹衣”等科幻产品变成现实的“点金石”。　　石墨烯看上去是材料界的“新生力军”，其实它是饱经沧桑的“老者”。说其古老，是因为石墨烯一直作为天然石墨(尤其是鳞片石墨)的基本单元而广泛存在于自然界中，已经有上万年的历史。让石墨烯焕发年轻活力的是曼彻斯特大学的科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫。2004年，他们将其作为一种材料的概念分离出来，发现石墨烯是目前唯一的能够单独存在的二维晶体材料，两人因此还获得了2010年的诺贝尔物理学奖。　　石墨烯非常薄，被认为是世界上最轻的材料，具有极大的强度、导电性、导热性等性能：石墨烯的强度高达130季帕，比最好的钢材还要强上百倍;弹性很好，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯的硬度比莫氏硬度达10级的金刚石还要高，但却又有很好的韧性，可以弯曲。此外，石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中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。石墨烯的热导率也非常高，是世界上导热性能最好的材料。 　　既能“上天”，又能助力健康：　　石墨烯优异的性能决定了其具有广泛的应用价值。石墨烯目前最有潜力的应用是代替硅制造超微晶体管，用来生产超级计算机。据分析，用石墨烯制备的计算机处理器的运行速度将会提高数百倍。这种超级计算机可以为航天飞行器力学、流体、气动、材料等计算提供更为高效的技术手段，提高飞行器设计、材料研发的进程。此外，利用石墨烯材料生产具有超高导热特性的柔性薄膜，这种材料可以用于航天飞行器仪器舱高功率电子器件部位的热管理系统，用于控制关键电子器件的工作有效性。将石墨烯材料加入塑料、复合材料、金属等材料中，可以大幅提高现有材料的力学性能、热物理性能，从而为航天飞行器的轻质化或高载荷化提供高性能材料。利用石墨烯和碳纳米管形成的新型超轻质泡沫材料，作为航天温控系统热耗散型相变储能用高导热骨架材料也具有一定的应用潜力。　　另外，石墨烯材料在大容量快速充电锂离子电池、超级电容器、光电传感器、柔性触摸屏、基因测序、超坚韧防弹衣、光调制器、太阳能电池、光驱动等领域也得到了应用开发，均获得了可喜的成果，一些研究成果也可以为航天提供直接或间接的应用。　　值得一提的是，采用石墨烯材料制成的枕头，也具有非常好的助眠效果，烯枕依托生物质石墨烯强大的低温远红外功能，与身体共振产生热源实现自暖的同时改善微循环和新陈代谢，使大脑得到充足的氧气和养分，进而改善脑供血不足的状况，缓解睡眠障碍，达到有效放松肌肉、缓解疲劳的效果，帮助使用者轻松摆脱颈部和脑部不适感，迅速进入深度睡眠状态。        第六元素:国内石墨烯粉体产能规模最大的生产企业之一,公司拥有6大系列粉体产品线,在涂料、复合材料等应用领域已取得阶段性成果,而其积极通过与下游战略合作拓宽产业化路径也已取得明显成效,收入规模突破2,000万元。二维碳素:国内石墨烯薄膜产能最大的企业之一,年产能达20万平米。其自主研发的石墨烯透明导电薄膜已规模化应用于触控领域,在便携式智能终端、可穿戴电子产品等领域中是国内第一家销售石墨烯触控产品的企业,具有较高的技术含量和附加值。公司高度重视研发投入,积极开发新产品,是石墨烯薄膜生产及应用的领军者!

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。

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。

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

导读 据悉，3D打印巨子Stratasys公司正与美国加州的矿业技能开发公司GraphiteTechnologies协作，一起研制石墨烯增强型3D打印材料。 我国粉体网讯材料工业是国民经济的基础工业，特别新式材料，将会给工业带来革新性的革新，新材料是材料工业开展的先导，是重要的战略性新式工业。21世纪的今日，科技革新迅猛开展，新材料产品一日千里，工业晋级、材料更新换代脚步加速。新材料技能与信息技能、生物技能、纳米技能等彼此交融，结构功用一体化、功用材料智能化趋势显着，材料的低碳、绿色、可再生循环(环保)等环境友好特性倍受重视。 3D打印技能的开展离不开其打印材料的开展，现在较为老练的3D打印技能包含SLS、SLA、FDM等，因打印技能的不同所对应的打印材料也就不同，例如SLS常用的打印材料是金属粉末，而SLA一般用光敏树脂，FDM选用的材料比较广泛，如ABS塑料、PLA塑料等。 石墨烯被称为黑金、新材料之王，科学家乃至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。它是现在已知最薄的材料，只要一个碳原子厚，它一起又是最强的材料，比结构钢强约200倍。石墨烯的导电功能优于铜，而热传导性优于一切其他材料。石墨烯几乎是彻底通明的，但它的结构如此严密，即使是最小的原子氦也无法穿过它。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，石墨烯极有或许掀起一场席卷全球的颠覆性新技能新工业革新。早在2016年，闻名石墨烯厂商、伦敦上市公司HGI全资子公司HCS就宣告将与热塑性3D打印线材生产商Filamentprint公司及Fullerex公司一起协作，推行和供应石墨烯增强聚乳酸(PLA)线材以用于3D打印使用。 据悉，这款石墨烯增强型PLA线材，有1.75毫米、2.85毫米线径两种规格可供挑选，该线材具有超卓的首层附着力和Z轴强度坚持率、更快的处理速度、改善的强度和功能、优秀的表面作用和改善的尺度精度等特性。  不难想象，假如可以成功实现用石墨烯作为3D打印材料，那么3D打印机可以构建的零部件在强度、轻质化、柔韧性以及导电性等方面的功能体现将会大幅度的进步。

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。

泡沫铝是一种在金属铝基体中散布有很多气泡的多孔质材料。现在，日本与德国在研讨、出产和运用泡沫铝与其他金属泡沫方面居较有优势位置。我国对泡沫铝材的研讨始于1980s后期，已取得了一系列的研讨成果，但没有取得突破性的成果，依然处于起步阶段，未构成出产力。功能体现 泡沫铝的功能首要取决于散布在三维骨架间的孔隙特征,即气孔的形状和散布,包括孔的类型（通孔或闭孔）、孔的形状、孔的散布、孔的结构（孔径、孔隙率、比重等）。 1物理功能 泡沫铝较显着的特色就是分量轻、密度低,随孔的改变而改变,比重仅为同体积铝的0.1—0.6倍，但其结实度却比泡沫塑料高达4倍以上。泡沫铝材料的导电性要比实心铝材料小得多,相反电阻率就大得多,是电的不良导体。泡沫铝的导热功能比实心铝小得多,约为实心铝的0.1—0.2倍。别的,泡沫铝还具有刚性大、不易燃、不易氧化、不易发作老化、耐候性好、收回再生性好等特色。 关于接受曲折负载的设备,所用材料应具有较高的比强度,经过对泡沫铝和几种常见结构材料（铝、钢）的比强度值（泡沫铝：铝：钢=5:2.5:1）比较,可知泡沫铝具有高比强度的特色。试验研讨标明,恰当的热处理能够进步其比强度。因而,泡沫铝可用于接受较大的曲折负载设备中。 2力学功能 同其他多孔材料相同,泡沫铝的弹性模量、剪切模量、弹性极限等均随孔隙率的增大而呈指数函数下降。 (1)抗拉强度泡沫铝的抗拉强度很低,简直无延伸率,体现为半脆性。试验发现孔径巨细对其拉伸功能有必定的影响。相对密度相一起,孔径小的拉伸强度比孔径大的高。 (2)抗压强度泡沫铝的抗拉强度尽管很低,但它的抗压强度却较高。泡沫铝紧缩应力一应变曲线能够分3个区域：线弹性区、屈从渠道区、细密化区。孔径不同的泡沫铝的紧缩应力一应变曲线形状根本类似,不同首要体现在塑性渠道的高度上,试验发现,孔径巨细与塑性渠道的高度并不是某种简略的线性联系,而是在某一孔径下塑性渠道较高。由泡沫铝的抗压强度与其密度及紧缩率之间的联系图可知,密度添加,抗压强度添加。 3吸能特性 多孔结构材料可用作能量吸收材料。单位质量小、能量吸收才能大的材料就具有较大的效果。泡沫铝单位质量小、强度较高,因而泡沫铝具有很高的能量吸收才能。泡沫铝在紧缩过程中,有高而宽的应力渠道,能够在根本稳定的应力下经过应变来吸收能量。吸能才能由应力应变曲线下方的面积来求,因而屈从渠道高而宽时,吸能才能越大。孔径巨细对屈从渠道的高度有必定的影响,所以能够找到一个适宜的孔径,使屈从渠道较高来进步其吸能才能。别的,其吸能才能随孔隙率呈非单调改变,在某一孔隙率下具有较大的吸能才能。 4阻尼功能 材料的阻尼功能是指材料因为内部的原因,将机械振荡能不可逆地转化为热能的身手。运用材料的这种身手,可减小所不期望的噪声和振荡。依据Zener的经典理论,进步金属材料阻尼功能的重要途径之一,就是设法使缺陷之间的交互效果到达较大,以取得较大的线性阻尼,或将力学扩大机制引人材料,以取得较高的非线性阻尼。多孔材料明显契合高阻尼材料的安排特征,并且试验现已证明孔洞的存在,可在某些非金属或金属材料的阻尼呼应中发挥重要效果。 泡沫铝作为一种微观多孔材料,由金属骨架和孔隙组成,安排极不均匀,应变激烈滞后于应力,紧缩应力一应变曲线中包括一个很长的平稳段,因而它是一种具有高能量吸收特征的轻质高阻尼材料,在消声减震等范畴有着可观的运用远景。试验研讨发现： （1）孔径必守时,泡沫铝的内讧随孔隙率的增大而增大； （2）孔隙率必守时,泡沫铝的内讧随孔径的减小而增大； （3）泡沫铝的内讧与应变振幅密切相关,随振幅的增大而增大； （4）泡沫铝的内讧在低频范围内与频率的改变无明显联系。 在低阻尼的铝中加人很多孔洞今后,能够明显进步其阻尼身手。是由孔洞自身弹性模量近乎为零的软质性以及孔洞与基体之间构成的很多界面引起的。别的泡沫铝内部还存在其他很多微观和微观的缺陷,泡沫铝的阻尼机制是其缺陷的归纳效应,缺陷阻尼是其首要的阻尼机制。 5吸声功能 泡沫铝材料尤其是通孔泡沫铝,当声响透过泡沫铝时,因为声波也是一种振荡,能够在材料内部发作散射、干与和漫反射,将声响吸收在其气孔中,使内部骨架振荡,声能部分转化为热能并且经过热传递消耗掉,起到了吸声的效果,因而,泡沫铝具有杰出的声响吸收才能。吸声功能用吸声系数来衡量,吸声系数越大则吸声功能越好,泡沫铝的吸声功能首要取决于孔隙特征,通孔吸声功能较好。孔越细微,吸声功能越好。 泡沫铝的运用 1建筑材料 因为泡沫铝的单位体积分量轻,防音防振、耐火不燃、保温等功能,所以能用它来缔造不承重的内墙面、间壁墙、门、天花板、外面的装修材料等。也能够运用到任何要求气密、通气功能好的建筑中。要用来做表面装修时,也能做到泡沫塑料、大理石和其他装修材料的效界、在电子计算机室、理化试验室等的配线配管常常变化的情况下,适于缔造所谓的移动地板。关于这个现在用的是蜂窝结构材料、压铸材料等,但能够用泡沫铝替代。大型建筑物的外装,在高层上是竭力防止运用分量大的材料的,泡沫铝正好适宜这种需求。这不仅是分量轻,并且可使外表规划自在。对强度有特殊要求时,能够运用参加钢筋制做的泡沫铝。 2装修材料 泡沫铝能够选用恣意规划来做为建筑物表里和其他的装修材料,也能够做成具有如石质、大理石、木材、玻璃等材料的款式。因为用它形成的雕琢物、塑像和其他物件造型即大又轻,转移起来是极简单的。 3防音材料 能够有效地运用其做为壁面来调整播送、音乐、讲堂、剧场等的音响效果。在工业部分适宜做为发电室、发动机试验室、飞机场的防音、发音机械的渠道等材料。日常日子中被用来做为唱机、立体开麦拉的结构零件,室内冷却器的防音、旅馆等的防音部件等。 4抗振材料 关于用做轿车缓冲器及其他顺便零件,以把抵触减缓下来到达安全意图,泡沫铝是较好的材料。与此相反,也能用来做为关于沿路的诸设备发作抵触时的平缓振荡材料。做为分量大而又宝贵的物件的运搬、装置等的防振材料是抱负的。阿波罗11号的LM在月球表面着陆时起落架下用的就是这种材料。习惯着陆时月面的凹凸,并以泡沫铝的损坏来平缓振荡。也适用做为宝贵物品的垫板材料。 5型材 因为泡沫乙烯模型及其他高温下运用的大型模型在操作上必需减轻分量,所以能用这种材料。试制轿车和其他大型的模型时,历来用的是蜂窝结构及其他材料,可是它有本钱高的缺陷,而泡沫铝则报价低又简单整形,并且在模形改变时,关于重复试制是十分适宜的。 6在轿车制作业上的运用 泡沫铝优秀的功能,决议了它具有广泛的用处和宽广的运用远景。尤其是在轿车制作业上的运用,泡沫铝被认为是一种大有出路的未来轿车与其他交通运输工具的杰出材料。为了维护地球环境和自然资源,欧洲、北美、日本等发达国家已制订出法律法规来进步轿车的燃油功率。减轻自重是进步燃油功率的较佳办法,减轻轿车自重的办法：（1）改进结构,（2）轻量化材料。前者已大致到了止境,只要后者才有潜力可挖。这样就为泡沫铝材料的开发运用供给了很好的时机。欧洲经济共同体实施的光亮欧洲方案就是研讨泡沫铝在轿车上的运用。自重减小1kg，燃油功率可进步0.01km/L。现在国外已有全铝轿车呈现,与铝比较泡沫铝材料具有更轻量化的特色,能够更好地进步燃油功率。 国外研讨标明,选用泡沫铝材构件,轿车构架的刚度得到加强。在轿车制作中约有20%的车身结构可选用泡沫铝制作,一辆中型轿车用泡沫铝制作零件可减重27.2 kg左右,一起使结构体系简化,零部件数量至少可削减1/3,降低了轿车本钱。泡沫铝材料是一种杰出的能量吸收体,单位体积吸收的能量可达6-9M J,强壮的能量吸收才能说明晰它作为轿车保险杠缓冲材料的优越性。在轿车冲击区运用泡沫铝制成的适宜元件,可操控较大能耗的变形,例如,在中空钢材或铝材外壳中充入泡沫铝,可使这些部件在负载期间具有杰出的变形行为。泡沫铝材料用于轿车乘客座位前后的可变形材料能够改进安全性。泡沫铝耐热、阻燃,一起,在受热状态下不会开释有毒气体,所以在交通运输工具中选用泡沫铝材料来替代泡沫塑料或发泡树脂材料,能够进步运用寿命,削减修理,一起也消除了传统材料在车辆事端中所发作的有害气体,大大降低了交通事端中的损失和人员伤亡,一起也起到了环保效果。

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。

科技日报讯(记者姜靖)近年来研究表明，纳米电极材料有望提供相当于现在商用锂离子电池数倍的能量或功率密度，但该材料此前只能在负载量极低的超薄研究型电极中达到其优异性能，难以在需要较高负载量的商用器件中实现其应有潜力。美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授团队最近研制出一种三维多孔石墨烯复合电极材料，成功地解决了电极性能随着负载量急剧下降的关键难题，使得制备高负载的高性能电极成为可能。相关研究成果美国时间11日发表在《科学》杂志上。 段镶锋近日接受科技日报记者采访时表示，虽然许多纳米材料在一些研究型器件中展现了优异的储能性能，但在此类器件中，电极活性材料负载量经常只有商业化器件中常用负载量的10%左右。由于极低的负载量，最终体现在整体器件中的容量或功率密度很难能较大幅度地超过现在的锂离子电池。如果只是简单地增加电极厚度，随着厚度的增加，电子输运电阻和离子扩散电阻都会显著增加，致使电极性能急剧下降。 该团队研发的三维多孔石墨烯复合材料中，高度联通的石墨烯网络结构提供了优异的电子传输特性，而其多层次孔结构则大大促进了离子的快速输运，从而使该材料在高负载电极中首次同时实现了较高的容量和极高的功率特性。“这标志着高性能电极材料在朝商用储能器件方向发展的道路上迈出了关键的一步。”中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明评论说。 段镶锋表示，这一方案可以适用于其他高性能电极材料，为在商业级器件中实现此类高性能储能材料的潜力提供了一个切实可行的途径，有望极大提高相关储能器件的容量和充放电速度。

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。

一、稀土与功用陶瓷 稀土，是包含15个镧系元素和钪、钇共17个金属元素的总称。稀土元素自18世纪末相继被人们发现以来，已在冶金、陶瓷、玻璃、石化、印染、农林等职业得到广泛运用。跟着科学技能的前进，稀土的运用规模不断扩展。特别是近20余年来，稀土在高新技能范畴的运用得到了迅猛开展。稀土在功用陶瓷中的运用，就是其间的一个重要方面。 功用陶瓷，是20世纪特别是第二次世界大战今后跟着电子信息、自动操控、传感技能、生物工程、环境科学等范畴的开展而开发构成的新式陶瓷材料，它可使用电、磁、声、光、热、力等直接效应及耦合效应所供给的一种或多种性质来完成某种运用功用。因功用陶瓷的品种类型繁复，功用特色丰厚且适用面广，现已在电器设备、信号处理、传感计测、半导体元件、超导材料等方面得到广泛运用，倍受相关材料研讨人员和生产者们的遍及重视。 稀土与功用陶瓷有着亲近的联系。众所周知的超导陶瓷中大部分都含有稀土，如钇铜氧(YBCO)就是一种具有优秀高温超导性的氧化物陶瓷，它可将所需的环境作业温度由低温超导材料的液氦区(Tc=4.2K)进步到液氮区(Tc=77K)以上，极大地提高了超导材料的实用价值。一起，在许多功用陶瓷的原猜中掺加必定的稀土元素，不但可改进陶瓷的烧结性、致密度、强度等，更重要的是可使其特有的功用效应得到显着进步。 二、稀土在功用陶瓷中的运用 1.在超导陶瓷中的运用 自1987年中、日、美等国材料科学家发现氧化物陶瓷钇铜氧(YBCO)具有优秀的高温超导性(Tc高达92K)以来，人们在稀土高温超导陶瓷的功用研讨及运用开发方面做了很多作业，并取得了许多重大发展，日本已有研讨标明，用Nd、Sm、Eu、Gd等轻稀土(Ln)替代YBCO中的Y后，所得超导陶瓷材料LnBCO的临界磁场强度显着进步，磁通钉扎力也大为增强，在电力、储能和运送等方面极具实用价值。如经必定生产工艺所制得的LnBCO块材，能在77K捕集大于10T的磁场，可替代Nd-Ti用作磁悬浮列车的磁体。 北京大学以ZrO2为衬底并加热至约200℃，别离将Y(或其它稀土)、Ba的氧化物和Cu分层蒸发在衬底上进行分散处理，并于800～900℃温度区间热处理，所制得的超导陶瓷在100K以上表现出具有杰出的金属性电阻温度系数。日本鹿儿岛大学将稀土La掺加到Sr、Nb氧化物中所制成的陶瓷薄膜，在255K即发作超导现象。 2. 在压电陶瓷中的运用 钛酸铅(PbTiO3)是一种典型的具有机械能-电能耦合效应的压电陶瓷，其居里温度高(490℃)、介电常数低，适于高温文高频条件下运用。但在其制备冷却过程中，因发生立方-四方相变而易出现显微裂纹。为了处理这一问题，选用稀土对其进行改性，经1150℃温度烧结后可取得相对密度为99%的RE-PbTiO3陶瓷，显微安排得到显着改进，可用于制造在75MHZ的高频条件下作业的换能器阵列。分析以为，因为稀土离子RE3+的置换效果，使PbTiO3陶瓷介电常数减小及压电各向异性(kt/kp)增强，特别适用于电子扫描医用超声体系中的换能器。并且因陶瓷的介电常数和径向机电耦合系数减小，其高频谐振峰变得单纯，利于制造高灵敏度、高分辨率的超声换能器。 在具有高压电系数的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷中，经过增加La2O3、Sm2O3、Nd2O3等稀土氧化物，可显着改进PZT陶瓷的烧结功用并利于取得安稳的电学功用和压电功用，这是因为用三价的La3+、Sm3+、Nd3+等稀土离子替代了PZT中A位的Pb2+后，使PZT陶瓷的电物理特性发作了一系列改动。此外，还可经过增加少数稀土氧化物CeO2来改进PZT陶瓷的功用，且CeO2的增加量以0.2%～0.5%为宜。掺加CeO2后PZT陶瓷的体积电阻率升高，利于工艺上完成高温文高电场下极化，其抗时刻老化和抗温度老化等功用也均得到改进。经稀土改性的PZT陶瓷，现已在高压发作器、超声发作器、水声换能器等设备中得到广泛运用。 3.在导电陶瓷中的运用 以稀土氧化物Y2O3作增加剂的钇安稳化氧化锆(YSZ)陶瓷，高温下具有杰出的热安稳性和化学安稳性，是较好的氧离子导体，在离子导电陶瓷中具有杰出位置。YSZ陶瓷传感器，已成功用于丈量汽车尾气中的氧分压，有用操控空气/燃料比，节能效果显着，在工业锅炉、熔炼炉、焚化炉等以焚烧为主的设备中得到了广泛运用。YSZ陶瓷还可用作高温固体氧化物燃料电池(SOFC)中的电解质材料，运用较多的为Zr0.9Y0.1O1.95。因SOFC选用固体电解质，故不存在其他燃料电池所触及的电解质处理问题，并且转化功率挨近60%。此外，掺加有稀土的LaCr0.9Mg0.1O3、La0.85Sr0.15MnO3陶瓷及Ni-Zr(Y)O2-X金属陶瓷薄层，还可别离用作SOFC电池中的双极性极板、多孔阴极和多孔阳极材料。 但是，YSZ陶瓷只要在高于900℃时才表现出较高的离子导电率，故其运用仍遭到必定约束。现有研讨发现，在具有更高离子导电率的Bi2O3陶瓷中，掺加适量的Y2O3或Gd2O3，可使Bi2O3面心立方相安稳到室温，一起X射线衍射图谱也已标明，(Bi2O3)0.75·(Y2O3)0.25和(Bi2O3)0.65·(Gd2O3)0.35均为安稳的面心立方结构的高氧离子导电相。在这种陶瓷的旁边面再镀上(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08的保护膜后，即可制备组装成离子导电性高、安稳性好且能在中温条件下(500~800℃)作业的燃料电池和氧传感器，利于处理高温技能所带来的困难。 4.在介电陶瓷中的运用 介电陶瓷首要用于制造陶瓷电容器和微波介质元件。在TiO2、MgTiO3、BaTiO3等介电陶瓷及其复合介电陶瓷中，增加La、Nd、Dy等稀土能显着改进其介电功用。 如在具有高介电常数的BaTiO3陶瓷中，增加介电常数值ε=30~60的La、Nd稀土化合物，可使其介电常数在宽温度规模内坚持安稳，器材的运用寿命显着进步。在热补偿电容器用介电陶瓷中，还可根据需要适当地掺加稀土，完成对陶瓷介电常数、温度系数、品质因数的改进或调理，扩展其运用规模。用La2O3对热安稳电容器钛酸镁陶瓷进行改性，所取得的MgO·TiO2-La2O3-TiO2系陶瓷和CaTiO3-MgTiO3-La2TiO5系陶瓷，即坚持了原有的介电损耗和温度系数小的特色，其介电常数也得到了显着进步。 微波介质陶瓷的品种繁复，掺加有稀土氧化物的BaO-RE2O3-TiO2系陶瓷就是一种运用较为遍及的介质材料，其介电常数ε可超越80。如MgTiO3-CaTiO3-La2O3陶瓷的品质因数Qε值可高达8000，而Nd2Ti2O7-(BaPb)TiO3-TiO2陶瓷的介电常数ε则可到达90。因为新技能的运用，跟着BaO-TiO2-SnO2-RE2O3系等新式陶瓷的开发，近年内微波陶瓷介质材料的首要技能指标巴望到达：Qε值约比现在进步一个数量级，即在微波频率下为10000;ε在2~2000规模内系列化，以习惯多种用处;温度系数αε则在300~-100规模内系列化，可更方便地取得零温度系数的介质谐振器和滤波器等微波器材。 5.在灵敏陶瓷中的运用 灵敏陶瓷是功用陶瓷中的重要一种，其特征是对某些外界条件如电压、气体成分、温度、湿度等反响灵敏，故可经过其相关电功用参数的反响或改动来完成对电路、操作过程或环境的监控，广泛用于操控电路的传感元件，因而又被称为传感器陶瓷。稀土与这类陶瓷的功用之间存在着亲近联系。 (1)电光陶瓷 在PZT中增加稀土氧化物La2O3，即可取得通明的锆钛酸铅镧(PLZT)电光陶瓷。原母体材料PZT因存在孔隙、晶界相和各向异性，一般不通明，而La2O3的参加使其微观结构趋于均匀共同，在很大程度上消除了孔隙，削弱了其各向异性，显着减少了晶界上屡次折射所引起的光散射和第二相所引起的光散射，故PLZT具有杰出的透光功用。PLZT电光陶瓷存在着一次电光效应(波克尔效应)、二次电光效应(克尔效应)以及光散射效应和光学回忆效应，其间克尔效应的运用最为遍及，如屏蔽核爆炸辐射的护目镜、重型轰炸机的窗口、光通信调制器、全息记载设备等。因为PLZT电光陶瓷具有使用电场改动其光学性质的特色，它的出现标志着陶瓷材料真实进入功用光学范畴。 (2)压敏陶瓷 中南工业大学研讨了稀土元素对ZnO压敏陶瓷电功用的影响，用稀土氧化物La2O3对ZnO压敏陶瓷进行掺杂后，其压敏电压VlmA值显着进步;而当掺杂量从0.1%增加到10%时，陶瓷的非线性系数α值从20下降为1，基本无压敏性质。故关于ZnO陶瓷，低浓度稀土元素掺杂时可进步其压敏电压值，但对非线性系数影响不大;而高浓度掺杂时陶瓷则不出现压敏特征。 (3)气敏陶瓷 从20世纪70年代开端，人们就在将稀土氧化物掺加到ZnO、SnO2及Fe2O3等气敏陶瓷材料中的效果方面作了许多研讨，并制得了ABO3型和A2BO4型稀土复合氧化物材料。有研讨结果显现，在ZnO中参加稀土氧化物，可显着进步其对的灵敏度;在SnO2中掺加CeO2，可得到对乙醇灵敏的烧结型元件。大连理工大学对在Fe2O3中掺加稀土氧化物RE2O3(RE=Nd、Sm、La)而取得的REFeO3系列材料的功用进行了研讨，指出材料的超微粒化是进步气敏元件灵敏度的重要因素，且稀土元素不同，对材料微观描摹的影响也有所不同，其间NdFeO3和SmFeO3的粒度较小，LaFeO3的粒度稍大。将所测REFeO3系列气敏元件在0.13%浓度的不同气氛中进行分析，发现REFeO3系列材料对乙醇均有较高的灵敏度，且其灵敏度凹凸次序依次为NdFeO3﹥SmFeO3﹥LaFeO3，一起对汽油的灵敏度较低，对其它气体几乎不反响，因而具有较强的选择性。 (4)热敏陶瓷 钛酸(BaTiO3)是现在研讨最多且运用最广的热敏陶瓷。当在BaTiO3中掺加微量稀土元素如La、Ce、Sm、Dy、Y等时(摩尔原子分数操控为0.2%～0.3%)，因为用与Ba2+半径附近的RE3+替代了部分Ba2+，发生了剩余的正电荷，并经过Ti4+的效果构成了弱束缚电子，故使陶瓷的电阻率显着下降;但若掺杂量超越必定值(如掺杂La的摩尔分数﹥0.35%)，因为Ba2+空位的构成和导电载流子的消失，陶瓷的电阻率反而急剧上升，乃至成为绝缘体。 (5)湿敏陶瓷 在品种繁复的湿敏陶瓷中，现在稀土的掺加首要为镧及其氧化物，如Sr1-xLaxSnO3系、La2O3-TiO2系、La2O3-TiO2-V2O5系、Sr0.95La0.05SnO3及Pd0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.98O3-KH2PO3等。为了进一步进步湿度陶瓷的灵敏度，在现性和安稳性，以增强其实用性，还需加强稀土掺加对陶瓷相关功用影响方面的研讨。 三、市场前景 跟着材料科学的开展，近年来功用复合陶瓷备受重视，稀土掺杂在功用复合陶瓷的开发研讨方面也取得了较大发展。浙江大学陈昂等，选用惯例功用陶瓷的制备办法，将稀土超导陶瓷YBa2Cu3O7-x和铁电陶瓷BaTiO3复合，取得了铁电性与超导性共存的YBa2Cu3O7-x-BaTiO3系复合功用陶瓷，其电导特性契合三维导电行为，并当YBa2Cu3O7-x含量较高时呈超导性。华中理工大学周东祥等的研讨指出，LaCoO3-SrCoO3系和LaCrO3-SrCrO3系复合功用陶瓷，可用作磁流体电机的电极材料和气敏材料;而在NTC热敏复合材料NiMn2O4-LaCrO3陶瓷中，新化合物LaMnO3导电相决议着陶瓷的首要性质。西安交通大学的邹秦等经过用稀土离子Y3+、La3+对(Sr,Ca)TiO3掺杂，省去了原有的用碱金属离子(Nb5+、Ta5+)涂覆并进行热分散的工艺，并且制得的陶瓷材料致密度高、工艺功用杰出，并坚持了电阻率低(ρ为10-2Ω·cm量级)、非线性高(非线性系数α﹥10)的介电-压敏复合功用特性。 智能陶瓷是指具有自确诊、自调整、自康复、自转化等特色的一类功用陶瓷。如前所述在锆钛酸铅(PZT)陶瓷中增加稀土镧而取得的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷，不但是一种优秀的电光陶瓷，并且因其具有形状回忆功用，即体现出形状自我康复的自调谐机制，故也是一种智能陶瓷。智能陶瓷材料概念的提出，倡议了一种研发和规划陶瓷材料的新理念，对拓展稀土在近代功用陶瓷中运用极为有利。 近年的研讨还标明，稀土在生物陶瓷、抗菌陶瓷等新式陶瓷材料中也有着共同的效果。因为稀土元素可与银、锌、铜等过渡元素协同增效，开发的稀土复合磷酸盐抗菌可使陶瓷表面发生很多的羟基自由基，然后增强了陶瓷的抗菌功用。我国是一个众所周知的稀土资源大国，应进一步加强稀土掺杂对功用陶瓷功用影响的研讨和新式功用陶瓷的开发力度，以充分发挥我国的稀土资源优势，有用提高稀土在高科技材料中的运用价值。

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。

涣散是完成先进碳材料运用的重要条件之一，关于石墨烯类材料尤为重要，一方面，石墨烯奇特的功能是纯石墨烯单片尺度上的功能，集合或不适当改性的石墨烯部分或悉数失掉了那些奇特的功能;另一方面，制备工艺进程对可操作性、可加工性(如旋图)要求将石墨烯涣散在水或有机溶剂中。 而由于π-π耦合、范德华力和高比表面积，石墨烯会发作不可逆的聚会现象，乃至从头摆放回石墨结构，导致制备石墨烯的安稳涣散好不容易，现在来看，石墨烯的涣散还有许多基本问题有待处理。 一、石墨烯涣散是完成产业化的必经之路石墨烯产业化运用研讨逻辑进程 如上所示，石墨烯产业化必需求处理两个基本问题： 一是石墨烯的制备技能，即在合理报价得到具有挨近理论性质的石墨烯产品，如今石墨烯工业化产品功能良莠不齐，远达不到理论水平; 二是石墨烯的涣散技能，即不危害石墨烯结构与功能的高度涣散办法。 只要上述两个问题得到有用处理，石墨烯价值才能在商业上完成。 二、石墨烯涣散需求处理六大基本问题 石墨烯涣散的挑战性首要源于对石墨烯深度涣散的必定要求，将石墨烯涣散到单片或初级粒子状况; 源于石墨烯对通过化学改性完成涣散这一手法的低容忍性乃至冲突性;化学改性，必然搅扰或必定程度上损坏π-π的完整性，然后下降或失掉本征态石墨烯的优异功能; 源于石墨烯自身既不亲水又不亲油的结构特征;一般的涣散剂分子又较难与石墨烯构成较强的物理吸附效果，所以运用表面活性涣散石墨烯的物理手法也将受限; 源于石墨烯的π-π结构和强的范德华力，使石墨烯极易聚会，并且聚会体难以再分隔; 还源于石墨烯极高的长径比和比表面积; 石墨烯的涣散还面临着实践出产操作性方面的难题。例如，4%浓度的水型石墨烯浆料已是膏态，不具有流动性，这为出产进程中物料传输、涣散和化学反应造成了困难。 三、石墨烯的涣散办法简介四、石墨烯的涣散在重防腐涂料中的运用 高功能的石墨烯重防腐涂料制备关键技能就是石墨烯的涣散问题。余海斌团队规划并合成了具有电活性和缓冲才能的π-表面活性剂。通过π-π相互效果使石墨烯在涣散剂效果下可高效涣散在水和有机溶剂中。 通过涣散剂和石墨烯的红外、拉曼、紫外的特征峰位移证明涣散剂与石墨烯之间存在π-π相互效果，通过透射电镜和原子力显微镜分析标明石墨烯在溶液中主要以3~5层的纳米片层方法存在。 涣散改性石墨烯表征：(a)红外谱图;(b)拉曼光谱图;(c)紫外谱图;(d)透射电镜相片 运用TEM对涣散剂对石墨烯在树脂中的涣散效果进一步表征可发现石墨烯在树脂中涣散效果杰出，无聚会现象且石墨烯均匀无规则的摆放在树脂基体中，研讨结果标明，涣散剂处理后的石墨烯可高效地涣散在环氧树脂、聚酯树脂等涂料树脂中。 研讨结果标明，石墨烯能够明显提高树脂基体的防护功能。值得一提的是，石墨烯的涣散状况及含量与涂料整体防护功能有重要联络。若石墨烯涣散不均匀，石墨烯不只起不到好的效果，还或许构成水汽通道，加快涂层的腐蚀失效。 五、小结 涣散是完成石墨烯材料产业化的重要条件之一，而现在关于涣散石墨烯粉体的研讨报导很少，这一方面是由于现在制备手法很难取得必定量的石墨烯;另一方面，石墨烯即便得到出产，估量也不会以朴实的粉体状存在，由于没有通过安稳化处理的石墨烯有或许从头聚会成石墨(片)。所以，现在的研讨重点是物理或在弱的化学条件下剥离石墨并构成安稳的石墨烯涣散系统。 物理涣散法一般涣散才能有限，化学涣散法尽管涣散才能强，可是一般会导致共片层结构呈现缺点，相比较而言，非共价键润饰的官能团是一个较好的方法，根据范德华力和π-π相互效果，能够在石墨烯表面接枝比较好的高分子，这样能够防止发生缺点及损坏片层表面的共结构。

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。