多层石墨烯研发

科学家们逐渐发现碳素材料在硬度、光学特性、耐热性、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性、导电性、表面与界面特性等方面比其它材料优异，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性，如**硬-**软，绝缘体-半导体-良导体，绝热-良导热，全吸光-全透光等，因此具有***的用途。碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。根据尺寸大小将碳球分为:(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2-20nm之间)，如C60，C70等;(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm一1μm之间;(3)碳微珠，直径在11μm以上。另外，根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。石墨烯既可大幅度减少漆膜中锌粉用量，又可提高漆膜的阴极保护作用，从而提高漆膜的防腐性能。多层石墨烯研发

石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键，并有如下的特点:碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为×10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似)，因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm/(V·s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是已知载流子迁移率比较高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm/(V·s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50~500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm/(V·s)左右。另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。官能化石墨烯资料石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。

这项运用新工具2D材质的研究展示了从盐水中提供干净饮用水的现实全世界前途。为了更好地理解离子运输背后的基本机制，曼彻斯特大学的AndreGeim爵士***的一个团队制作了原子尺码的平整狭缝，尺码*为几埃。这些通道是化学惰性的，平均壁厚为埃刻度。研究人员在两块100纳米厚的石墨晶体板上制造了狭缝设备，这些石墨板是通过刨削大块石墨结晶获取的。然后在将另一块板放在***块板上之前，在石墨晶体板的每个边沿置放双层石墨烯和单层MoS2的二维原子结晶的矩形片。这样就获取了垫片厚度的空隙。“就像拿一本书，在每个外缘置放两个火柴，然后再放上另一本书，”Geim解释说，“这引致书本表面之间的空隙，空隙的高度相等火柴的厚度。在我们的事例中，这些书是原子平缓的石墨晶体，火柴是石墨烯或MoS2单层。”这种组装靠范德华力结合在一起，狭缝尺寸与水通道蛋白的直径大略相同，这对活生物体至关举足轻重。狭缝是也许的很小大小，因为具较薄间隔物的狭缝是不安定的，并且也许由于相对壁之间的吸引而塌陷。在将离子浸泡离子溶液中时，如果在其上强加电压，则离子会流过狭缝，并且该离子流将组成电流。该团队通过狭缝测量离子电导率。

氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的比较好方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的**简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。Ruoff等发现通过加入化学物质例如二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团，就能得到石墨烯。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。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，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。高导电石墨烯铜复合材料又称为超级铜。

科学家们已成功运用二维材料组装成了兼具很小人造孔的海水脱盐设备，容许直径大于其裂缝本身的离子通过，冲破了传统观念，为制造高通量水脱盐膜铺垫了道路。曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员成功地在一个尺码*为几埃（）的新型膜片上制造了小尺码的狭缝。这使得能够研究各种离子到底如何通过这些细微的孔。这些狭缝由石墨烯、六方氮化硼（hBN）和二硫化钼（MoS2）制成，并且令人惊讶的是，它容许直径大于其自身尺码的离子时有发生渗透。这种尺码排阻研究利于更好地明了相近规模的生物过滤器如水通道蛋白的工作机理，从而有助于开发用以海水脱盐和相关技术的高通量过滤器。对于对流体及其过滤行为感兴趣的科学家来说，可控地制造大小相近小离子和单个水分子的毛细管是一个***但好像遥远的目标。研究人员始终在试图模拟自然时有发生的离子运输系统，但实情验证这是不容易的。用到基准技术和常规材质制造的通道不幸受到材质表面固有粗糙度的限制，其大小一般而言比小离子的水合直径大**少十倍。今年早些时候，NGI开发的石墨烯氧化物衍生膜受到相当大的关注，是新型过滤技术的潜力运动员。氧化石墨烯应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。关于石墨烯使用方法

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性。多层石墨烯研发

溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用有机溶剂作为反应介质，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中自身产生高压而进行材料制备的一种有效方法。溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题，同时也带来了电导率很低的负面影响。为解决由此带来的不足，研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量的石墨烯。Dai等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合将成为石墨烯制备的又一亮点。石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片的新方法，并尝试宏量生产石墨烯的研究中取得较好的成果。如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善结构和电性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新的道路。多层石墨烯研发