第一篇：石墨烯材料研究點評(附股)

石墨烯是最理想的電極和半導體材料，制備并穩定組裝是制約其產業化的最大難點。

石墨烯是一種二維的單層碳原子結構材料，它不僅是世界上最強、最堅硬、最薄的物質，同時由于它在已知的材料中電阻率最小、導熱系數最高，因此也是最理想的電極和半導體材料，被認為可以引發現代電子科技和信息技術的革命。IBM 和三星每年都在加大研發投入，來開發這種有望替代硅的材料，用以生產更高效更輕薄的電子設備。

但是，石墨烯由于結構特點，很難長時間穩定存在，所以其應用難點在于怎樣便宜的生產和組裝它。采用納米材料做基底來生產石墨烯是目前公認比較容易實現的思路。

一、驅動事件

1、石墨烯紙電池，將世界上最薄的材料石墨烯制成一張紙，然后用激光或照相機閃光燈的閃光震擊，將其弄成千瘡百孔狀，充分擴大該片材內部結構間隔，以允許更多的電解質“潤濕”及鋰離子電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能。

研究發現，這種被弄成千瘡百孔的單層石墨烯紙可以作為鋰電池的陽極，石墨烯薄片的高導電性使得電子能夠在陽極進行高效傳輸，鋰離子使用這些裂縫和孔隙作為捷徑，在石墨烯中快速移進移出，極大提高了電池的整體功率密度。

據了解，這種石墨烯陽極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽極充電或放電速度快10倍，甚至在超過1000個充電/放電周期后仍能持續成功運行，未來可驅動電動車，可以大大縮短手機和筆記本電腦等電子設備的充電時間。

這種石墨烯紙陽極制作比較簡單，而且將其暴露于激光或照相機閃光燈的閃光下是一種簡單、廉價的復制過程也可以制作成任意的大小和形狀。研究人員表示，下一步將會為石墨烯陽極材料配對同樣高效率的陰極材料，以構建一個完整的新型電池。

2、19日上午，常州石墨烯科技產業園開工儀式在武進經發區舉行。市、區領導方國強、周斌、臧建中、凌光耀、王友東出席活動。

常州石墨烯科技產業園總占地450畝，建筑面積35萬平方米，將致力于搭建石墨烯產業發展的專門平臺，推動石墨烯材料的研發應用與產業化。按照“搭建平臺、招才引智、孵化企業、培育產業”的發展理念，圍繞“一核三區”的總體布局，產業園將規劃建設石墨烯研究院與孵化區、加速區、產業區。根據發展規劃，在運營后3-5年內，產業園入駐企業力爭形成年產值100億元的規模，并力爭有10家入駐企業上市。依靠馮冠平教授團隊在石墨烯材料領域雄厚的研發實力，產業園將帶動江蘇省乃至全國石墨烯領域的高層次研發團隊和人才的集聚效應，在武進成立石墨烯產業總部(研發中心)，集研發、培訓及產業總部于一體，打造國家級石墨烯產業總部基地。

3、日前，挪威科技大學的研究人員開發出一種低成本的方法，能夠在砷化鎵納米線上生長出石墨烯，該團隊目前已用這種方法制成了一種透明的可彎曲柔性電極，并申請了專利準備商業化。該則消息于9 月11 日在美國的DailyScience 網站發布。

?

4、砷化鎵納米線生長石墨烯的技術將有望成為新型電子設備制造的基礎，加速石墨烯的商業化進程，為半導體產業帶來變革。這只是將其作為一種半導體器件制造的新方法，使之成為制造新型電子設備的基礎材料。從技術及性能上看，這種石墨烯-半導體混合體材料具有優良的光電性能和透明、可彎曲特性，能夠幫助突破現有的設計限制，制造出柔性觸摸屏等設備。

從產業可行性上看，這項新技術能夠適用于大多數制造商現有的生產設備，而不需要更換整條生產線。

從應用拓展上看，這項納米線技術極有可能先在發光二級管和新型太陽能電池中使用，使太陽能電池同時具備高效、柔性和低成本的特性；用于制造自供電的納米器械和由石墨烯、納米半導體絲制成的3D 集成電路，用于自供電的消費類電子產品，成為未來電子和光電器件的平臺，出現在從手機、平板電腦、服裝到便簽簿在內的各個生活角落。

5、全球首條石墨烯生產線開工

全球第一條石墨烯生產線前天在慈東濱海區正式開工建設，至此，這個差點花落他鄉的高科技項目終于在寧波落地生根。

據浙江在線報道，石墨烯項目一期投資2.1億元，年產石墨烯300噸。“保守估計，這種材料僅替代市場的潛力就有數十億甚至上百億元。”寧波墨西科技有限公司總經理林立新說。

石墨烯是目前世界上已發現的最薄、最堅硬的納米材料，它不但可以用來開發制造紙片一樣的超輕型飛機材料，還能做出超堅韌的防彈衣。

中科院寧波材料所研發出石墨烯產業化制備技術，將石墨烯的制造成本從每克5000元降至每克3元，但是這個重大項目因為寧波天使投資人沒有及時出手而險些與寧波失之交臂。4月10日，慈東濱海區管委會與上海南江集團控股的寧波墨西科技有限公司開始接觸，為石墨烯生產基地選點考察，并積極洽談，半個月后雙方達成初步投資意向。

此后，濱海區管委會開通“綠色通道”，辦理公司登記注冊，并免費為該項目提供臨時籌建處。經過5個月時間的籌備，這個全球矚目的項目終于在慈東濱海區開工建設。

數據顯示，石墨烯概念股主要包括中國寶安(000009)、金路集團(000510)、力合股份

(000532)、南風化工(000737)、中鋼吉炭(000928)維科精華(600152)華麗家族(600503)、方大炭素(600516)等公司。

二、重點上市公司

金路集團、中國寶安、中鋼吉炭、方大碳素、工大高新。

1、000510 金路集團

2011年與中國社科院金屬所達成協議，出資1500 萬用于石墨烯及產業化的研發，主要方向是石墨烯基透明導電薄膜、三維網絡散熱材料和動力電池用電極材料三個方面。

2011年6月10日，公司與中國科學院金屬研究所在遼寧省沈陽市簽訂了《技術開發合同》，雙方同意在石墨烯研發及產業化方面展開平等互利的合作。本次合作需要投入研究開發經費1500.00萬元。中科院金屬所負責石墨烯基透明導電薄膜，三維網絡散熱材料和動力電池用電極材料及產業化三個方面的具體研究開發工作，并提供產業化可行性報告，金路集團負責提供研發經費，并組織相關團隊進行產業化及市場開發方面的工作。合作期限：2011年6月10日～2013 年12月31日。2012年1月披露，德陽市旌陽區科學技術局決定向公司撥付電池級石墨烯中試孵化資金1000萬元。截至目前，公司與中科院金屬所合作研究開發石墨烯項目已投入資金900萬元。公司將把政府撥付的孵化資金，專項用于開展電池級石墨烯(層數在10層以下的石墨烯混合體)中試。

2012年1月披露2011年度中科院金屬所石墨烯項目研發進展情況。石墨烯制備研發進展：在現有實驗室條件下，能實現石墨烯(層數在10層以下的石墨烯混合體)的制備，每批次(需兩天左右時間)能制備石墨烯(層數在10層以下的石墨烯混合體)30克，石墨烯透明導電薄膜研發進展：實現石墨烯透明導電薄膜的實驗室制備，制備出4英寸石墨烯透明導電薄膜，石墨烯三維網絡散熱材料研發進展情況：研制一種具有三維連通網絡結構的石墨烯泡沫體材料，取得實驗室樣品，動力電池用石墨烯基電極材料研發進展情況：基本確立了石墨烯使用的種類和添加量，并且結合電池材料制備過程和實驗結果，初步建立了石墨烯的使用標準，完成了石墨烯材料需要按照電池材料要求進行測試和分析及建立基本的數據指標的確定，開發了石墨烯與磷酸亞鐵鋰復合的新工藝路線，在現有實驗室條件下，每批次(需一天左右時間)可制得電極材料2公斤。2012年中報披露，目前，電池級石墨烯中試研發的相關工作正在進行之中。

2、000009 中國寶安

控股子公司貝特瑞是國內最大的鋰電池負極材料生產商，它研制的石墨烯產品目前已小量試

產，若能大量應用到負極材料中，將極大提升其性能，對其主營業務也有極大的促進。2011年11月披露，貝特瑞公司投入開發的石墨烯項目完成了中試線建設，工藝優化和中試生產，石墨烯日產量已穩定在1公斤以上，在此基礎上通過增加設備，日產量即可相應提高(目前中試生產出來的石墨烯產品為單層石墨烯和多層石墨烯混合物，其中單層石墨烯由1層碳原子層構成，多層石墨烯主要由2－10層碳原子層構成，厚度在3.5納米以下)。貝特瑞公司已確定后續批量化生產工藝路線。與此同時，貝特瑞公司已經開展探索石墨烯的應用工作。石墨烯在相關電池等方面運用將有助于降低電池內阻，提升充放電速度。2012年1月披露，貝特瑞公司向國家知識產權局提交的與石墨烯相關的專利申請共4項，其中1項申請已公開，另外3項申請已被國家知識產權局受理。

2011年3月公司披露，貝特瑞公司已分別在黑龍江省鶴崗市和雞西市成立了鶴崗寶安新能源公司和雞西市貝特瑞石墨產業園公司，其中鶴崗寶安新能源公司位于鶴崗市云山地區的探礦權已進入鶴崗市政府審批程序(風險提示：該探礦權具體位置尚未明確，面積未知，且公司無法確定能否取得探礦權，也無法確定取得探礦權后能否探出礦)。雞西市政府麻政函

[2011]6號文表示：將協調相關部門“為企業提供可滿足50年生產期的石墨資源配置”。據了解，該擬購買的石墨礦資源位于雞西市柳毛地區，資源儲量為5000萬噸以上。2012年中報披露，公司正配合相關政府部門積極辦理石墨礦產資源的采礦證，爭取年底前獲得。2011年4月，與李洪生協商談判后，初步確定由李洪生以孫耀斌的名義和貝特瑞共同出資成立一家新公司雞西市長源礦業(擬命名)，其中對方以所持的石墨采礦，選礦設備等資產評估作價后出資。新公司成立后，將向相關政府部門申請辦理郎家溝礦段新設采礦權證等相關手續，辦理站前礦段采礦證的延期，變更，擴儲等相關事宜。據黑龍江省礦產地質第一調查研究所1983年勘探地質報告，上述兩個礦段的石墨礦石儲量合計為7000萬噸左右。目前估計仍有5000萬噸以上的儲量，其中郎家溝礦段3000萬噸以上，站前礦段2000萬噸左右。3、000928 中鋼吉炭

在碳納米管、碳纖維等石墨相關領域的研發實力強大，有望在石墨烯產業機會中獲得先機。4、600516 方大炭素

主業為石墨制品，石墨電極產能20 萬噸，居亞洲第一、世界第三。下屬子公司成都炭素具有4000噸等靜壓石墨產能，致力于新型炭材料產業的研究。

2012年9月，公司擬延長決議有效期12個月。2011年11月，股東大會同意公司以不低于12.16元/股定向增發不超過2.315億股，募資不超過28.15億元。約21億元(定向增發募資18億元+節余募資3.06億元)建設3萬噸/年特種石墨制造與加工項目，該項目建設期約2

2個月，項目達產后，預計可新增年銷售收入30億元，可實現年稅后利潤6.94億元，10.2億投資遼寧葫蘆島10萬噸/年油系針狀焦工程，該項目建設期約兩年，項目達產后，預計可新增年銷售收入18.77億元，可實現年稅后利潤1.67億元。本次募投項目完成后，公司將建成全球最大的特種石墨生產基地，針狀焦及超高功率石墨電極的綜合產能也將位居全球炭素企業首位。

2010年11月，公司與成都市政府簽訂戰略合作協議，在成都資陽工業發展區設立方大科技產業園，該園區占地1200畝，總投資金額約為21.2億元，包含三個公司擬建項目：特種石墨生產基地項目，子公司成都蓉光炭素公司建設項目和新型炭材料研發中心項目。特種石墨生產基地項目擬新增特種石墨生產能力，項目占地750畝，投資金額約為14.6億元，建立子公司成都蓉光炭素股份有限公司項目占地250畝，投資金額約為4.6億元，新型炭材料研發中心項目占地200畝，投資金額約為2億元。設立產業園事項正在與政府洽談之中，正式協議尚未簽訂。

5、600701 工大高新

公司公告稱，8月30日，有媒體刊登了題為《黑龍江欲打造“國際石墨谷”—石墨產業科技發展實施方案出臺》的文章，有媒體進行了轉載。報道稱：“石墨產業鏈公司將直接受益。一直傳聞欲借殼工大高新(600701)上市的黑龍江奧宇石墨集團，作為當地一家以生產各種規格的天然鱗片石墨、密封材料、石墨紙及石墨深加工、球形石墨、微粉石墨、尾礦砂空心磚等為主的循環利用集團公司，也將在行業大發展中受益。

對此，工大高新回應稱，經向控股股東及公司管理層核實，公司目前尚無涉及石墨產品項目或相關規劃。控股股東目前未有對公司進行資產重組及借殼意向，其未與任何單位及個人接洽公司借殼事宜。

第二篇：石墨烯學習心得

石墨烯學習心得

最近這段時間斷斷續續搜集了很多納米材料、半導體物理還有石墨烯的相關資料，主要是來自萬方數據網、超星學術視頻網站、百度文庫還有一些相關網頁博客資料。了解到了很多之前聞所未聞的知識，比如“納米材料的神奇特性、納米科技潛在的危害”等等。

對于石墨烯，主要有如下幾方面不成熟的想法，還望老師您來指正。

（一）在石墨烯新奇特性以及宏觀應用預測方面

有人認為，石墨烯的這些新奇的特性以及預期應用并不能推廣到宏觀尺寸。

第一是認為很多實驗數據都是來源于對微納米級單層石墨烯的實驗研究，不能把納米微米級觀察和測試到的數據無限夸大到宏觀應用；

第二是認為單層懸浮石墨烯的特異性是依靠其邊界碳原子的色散作用而穩定存在，大面積的單層懸浮石墨稀不可能穩定存在。第三是認為目前的大面積石墨烯的應用實例存在相當大的褶皺以及碳原子缺失。因而否定很多2010年諾貝爾物理獎的公告中對于石墨稀的宏觀應用預測，并主張繼續深入石墨烯微觀性能研究，比如半導體器件等研究。

我想：我們最好還是不能放棄石墨烯在宏觀尺度上應用的希望，應該盡最大努力用各種手段去克服所謂的褶皺、碳原子缺失等等導致石墨烯性質不能穩定存在的負面因素，比如采用襯底轉移（CVD）的方式所制大面積石墨烯透明電極尺寸的方法（雖然制得的石墨烯還有很多的缺陷，但至少證明大面積石墨烯還是有可能穩定存在并最終為我們所用的吧，畢竟有宏觀實際應用的材料才更有可能是有發展前景的新型材料）。

（二）在石墨烯制備工藝方面 我們知道，石墨烯非常有希望在諸多應用領域中成為新一代器件，但這些元件要達到實際應用水平,還需要解決很多問題。那就是如何在所要求的基板或位臵制作出不含缺陷及雜質的高品質石墨烯,或者通過摻雜(Doping)法實現所期望載流子密度的石墨烯。用于透明導電膜用途時能否實現大面積化及量產化,而用于晶體管用途時能否提高層控制精度,這些問題都十分重要。今后,為了探尋石墨烯更廣闊的應用領域,還需繼續尋求更為優異的石墨烯制備工藝,使其得到更好的應用。

（三）石墨烯在納米存儲器上的應用前景

傳統的半導體工藝技術已逐漸逼近物理極限，難以大幅度提高存儲器的性能，越來越難以滿足人們對存儲器的要求，要想有突破性的進展，就必須另辟蹊徑，尋找新的原理和方法。

第一是因為傳統半導體存儲器存在容量小數據易丟失等弊端。第二是因為現代化信息爆炸社會迫切要求新型的大容量存儲器的出現。

第三因為是人們對信息存儲的安全性要求越來越高。最后，假如納米存儲技術能夠實現的話，屆時我們電腦中的存儲設備也許會以PB為單位計算，而因存儲介質損壞導致數據丟失的煩惱也將遠離我們。所以我覺得：要是可能的話，以石墨烯為介質的存儲器，應該是一個不錯的研究方向。

第三篇：石墨烯前景

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術旗艦項目”之一；

十二五規劃

石墨烯是新材料中最為“時髦”的一員。它具有超硬、最薄、負電子的特征，有很強的韌性、導電性以及導熱性。這使其能夠廣泛應用于電子、航天、光學、儲能、生物醫學等眾多領域，擁有巨大的產業發展空間。

因此，石墨烯在2004年被發現后就迅速引發全球范圍內的研究熱。近年來我國在石墨烯研發應用方面的研究不斷加強，各地政府和有關機構加大力度扶持和推動石墨烯產業化發展。

2013年6月，內蒙古石墨烯材料研究院正式成立。這是我國首個與石墨烯材料相關的綜合性研究機構和技術開發中心。

2013年7月13日，在中國產學研合作促進會的支持下，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟正式成立。該聯盟已向有關部門上報了無錫、青島、寧波、深圳四個地方，作為石墨烯產業研發示范基地。江蘇省、山東省等省級石墨烯聯盟已于2013年陸續成立。

2013年12月18日，無錫市發布《無錫石墨烯產業發展規劃綱要》，規劃建立無錫石墨烯產業發展示范區和無錫市石墨烯技術及應用研發中心、江蘇省石墨烯質量監督檢驗中心。力爭把無錫市打造成國家級石墨烯產業應用示范基地和具有國際競爭力的石墨烯產業發展示范區。

2013年12月20日，寧波年產300噸石墨烯規模生產線正式落成投產。

與此同時，上海浦東新區也正籌備建立臨港石墨烯產業園區，并力爭國家石墨烯檢驗監測中心落戶浦東。

石墨烯產業遍地開花。據記者了解，目前，無錫市已設立2億元專項資金，通過補貼、配套、獎勵、跟進投資、股權投資等方式，進一步扶持石墨烯產業發展；寧波為了扶持石墨烯產業發展，也拿出了千萬元以上的扶持資金。業內人士表示，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實現產業化其產值至少在萬億元以上。

推進產業結構優化

第四篇：石墨烯研究現狀及應用前景

石墨烯材料研究現狀及應用前景

崔志強

（重慶文理學院材料與化工學院，重慶

永川

402160）

摘要：近幾年來, 石墨烯材料以其獨特的結構和優異的性能, 在化學、物理和材料學界引起了轟動。本文引用大量最新的參考文獻,闡述了石墨烯的制備方法如機械剝離法、取向附生法、加熱 SiC 法、爆炸法、石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學法、化學氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法等，分析了各種制備方法的優缺點。論述了石墨烯材料在透明電極、傳感器、超級電容器、能源儲存、復合材料等方面的應用，同時簡要分析了石墨烯材料研究的現實意義，展望了其未來的發展前景。

關鍵詞：石墨烯材料；制備方法；現實意義；發展現狀；應用前景 中圖分類號: TQ323

文獻標識碼:A

文章編號:

Research status and application prospect of graphene materials

Cui Zhiqiang(Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160)Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties.Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods.This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development.Keywords: graphene materials;preparation methods;practical significance;development status;application prospect

0 引言

1985 年英美科學家發現富勒烯和1991 年日本物理學家Iijima 發現碳納米管，加之英國曼徹斯特大學科學家于2004 年成功制備石墨烯之后，金剛石（三維）、石墨（三維）、石墨烯（二維）、碳納米管（一維）和富勒烯（零維）組成了一個完整的碳系材料“家族”。從理論上說，石墨烯是除金剛石外所有碳晶體的基本結構單元，如果從石墨烯上“剪”出不同形狀的薄片，進一步就可以包覆成零維的富勒烯，卷曲成一維的碳納米管，堆疊成三維的石墨，如圖1 所示。由于石墨烯優異的電學、熱學、力學性能，近年來各國科研人員對其的研究日益增長，已經是材料科學領域的研究熱點之一。2010 年諾貝爾物理學獎揭曉[5-6]

[4]

[3]

[1]

[2]之后，人們對石墨烯的研究和關注越來越多，新的發現不斷涌現。在不斷深入研究石墨烯的制備方法和性質的過程中，其應用領域也在不斷擴大。由于石墨烯缺乏帶隙以及在室溫下的超高電子遷移率、低于銀銅的電阻率、高熱導率等，在光電晶體管、生化傳感器、電池電極材料和復合材料方面有著很高[7]的應用價值；由于它很低的電阻率和極大的載流子遷移率，人們很快發現了石墨烯在光電探測領域的潛能，并且認為將會是很具發展前途的材料之一。石墨烯材料的制備方法

1.1 石墨烯制備方法

目前，石墨烯的制備手段通常可以分為兩種類型，化學方法和物理方法。物理方法，是從具有高晶格完備性的石墨或者類似的材料來獲得，獲得的石墨烯尺度都在80 nm 以上。而化學方法是通過小分子的合成或溶液分離的方法制備的，得到石墨烯尺度在10 nm 以下。物理方法包括：機械剝離法、取向附生法、加熱 SiC 法、爆炸法；化學方法包括石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學法、化學氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法。

這些制備方法有著各自的優缺點，如機械剝離法簡單，可獲得高品質的石墨烯，但重復性差、產量和產率很低;溶液液相剝離法制備過程簡單且未破壞石墨烯面內原子結構，但該法效率低，而且單片層和多層石墨烯共存，很難將單片層石墨烯分離出來;外延生長法可制備得到大面積的單層石墨烯，但是該方法制備條件苛刻，需要高溫和高真空，且石墨烯難從襯底上轉移出來;化學氣相沉積法制備的石墨烯具有較完整的晶體結構，石墨烯面積大，在透明電極和電子設備等領域表現出很明顯的應用優勢，但存在產量較低，成本偏高，石墨烯難轉移等缺點。

對比上述方法，還原氧化石墨烯法是指先將石墨在強酸和強氧化劑作用下進行氧化，制備氧化石墨烯(GO)，然后再還原除去含氧官能團制備石墨烯

［8］

盡管還原氧化石墨烯法制備的石墨烯不能完全消除含氧官能團，制備的石墨烯存在缺陷和導電性差等缺點，但是其宏量和廉價制備為其在聚合物復合材料等宏量應用研究中提供了機會。1.2 石墨烯基復合材料的制備

由于薄層石墨烯片合成方法的潛力巨大、成本低廉，所以石墨烯片作為新興填料在石墨烯復合材料上會有廣泛的應用。將石墨烯與無機物、聚合物等復合可以形成石墨烯復合材料。因為石墨烯具有獨特的優異性能，能夠展示良好性能的石墨烯復合材料令人期待。Ｓ．Ｈ．Ｙｕ等

［9］

證實：在還原態石墨烯片上，通過在聚合醇中高溫分解前驅體乙酰丙酮鐵就可以成功合成磁性化還原態石墨烯。通過有效控制石墨烯片上的表面電荷密度和磁性納米顆粒的尺寸就可以調節復合材料的磁性，其獨特的性質使其在磁共振成像或蛋白質分離方面具有一定的應用潛力。目前，石墨烯基復合材料的制備方法主要有化學耦合法、原位還原－萃取分散技術、共沉淀法、催化還原反應

［10］

等。氧化石墨烯是結晶性高的石墨強力氧化后加水分解得到的化合物，與氟化石墨一樣可以歸類為有共價鍵的石墨層間化合物。氧化石墨烯片表面帶有大量親水性酸性官能團，具有良好的潤濕性能和表面活性，從而使其能在稀堿水和純水中分散，形成穩定的膠狀懸浮液，這使得石墨烯與其他材料的復合形式多樣化。如Graeme等［11］將TiO2吸附在氧化石墨烯上通過紫外線輔助的催化還原合成了TiO2－石墨烯納米復合材［12］料；Nethravathi等通過氧化石墨烯與活性陰離子的復合，經還原制備了石墨烯－無機物納米復合材料，說明氧化石墨烯的特殊結構使得石墨烯基復合材料的制備更容易以多樣化的過程實現。

石墨烯復合材料的制備是目前石墨烯研究中的一大熱點，因為雖然石墨烯本身的性能很好，但是與實際應用還有較大的距離，許多研究者希望通過石墨烯的復合達到在電學、電化學等領域實際應用的目的。石墨烯材料的應用研究

2.1 透明電極

工業上已經商業化的透明薄膜材料是氧化銦錫(ITO), 由于銦元素在地球上的含量有限, 價格昂貴,尤其是毒性很大, 使它的應用受到限制。作為炭質材料的新星, 石墨烯由于擁有低維度和在低密度的條件下能形成滲透電導網絡的特點被認為是氧化銦錫的替代材料, 石墨烯以制備工藝簡單、成本低的優點為其商業化鋪平了道路。Mullen 研究組通過浸漬涂布法沉積被熱退火還原的石墨烯, 薄膜電阻為900 , 透光率為70% , 薄膜被做成了染料太陽能電池的正極, 太陽能電池的能量轉化效率為0.26%。2009 年, 該研究組采用乙炔做還原氣和碳源, 采用高溫還原方法制備了高電導率(1425S/ cm)的石墨烯,為石墨烯作為導電玻璃的替代材料提供了可能。

2.2 傳感器

電化學生物傳感器技術結合了信息技術和生物技術, 涉及化學、生物學、物理學和電子學等交叉學科。石墨烯出現以后, 研究者發現石墨烯為電子傳輸提供了二維環境和在邊緣部分快速多相電子轉移, 這使它成為電化學生物傳感器的理想材料。Chen 等采用低溫熱退火的方法制備的石墨烯作為傳感器的電極材料, 在室溫下可以檢測到低濃度NO2 , 作者認為如果進一步提高石墨烯的質量, 則會提高傳感器對氣體檢測的靈敏度。石墨烯在傳感器方面表現出不同于其它材料的潛能, 使越來越多的醫學家關注它, 目前石墨烯還被用于醫學上檢測多巴胺、葡萄糖等。2.3 超級電容器

超級電容器是一個高效儲存和傳遞能量的體系, 它具有功率密度大, 容量大, 使用壽命長, 經濟環保等優點, 被廣泛應用于各種電源供應場所。石墨烯擁有高的比表面積和高的電導率, 不像多孔碳材料電極要依賴孔的分布, 這使它成為最有潛力的電極材料。Chen 等

[ 13]

以石墨烯為電極材料制備的超級電容器功率密度為10kW/ kg , 能量密度為28.5Wh/ kg , 最大比電容為205F/ g, 而且經過1200次循環充放電測試后還保留90% 的比電容, 擁有較長的循環壽命。石墨烯在超級電容器方面的潛在應用受到更多的研究者關注。2.4 能源存儲

眾所周知, 材料吸附氫氣量和其比表面積成正比, 石墨烯擁有質量輕、高化學穩定性和高比表面積的優點, 使其成為儲氫材料的最佳候選者。希臘大學Fro udakis 等設計了新型3D 碳材料, 孔徑尺寸可調, 他們將其稱為石墨烯柱。當這種新型碳材料摻雜了鋰原子時, 石墨烯柱的儲氫量可達到6.1%(w t)。Ataca 等用鈣原子(Ca)摻雜石墨烯, 利用第一性原理和從頭算起的方法得到石墨烯被Ca 原子摻雜后儲氫量約為8.4%(w t);他們還發現氫分子的鍵能適合在室溫下吸/ 放氫, Ca 會留在石墨烯表面, 有利于循環使用。Ataca 的研究結果又一次推動石墨烯儲氫向前邁進一步。2.5 復合材料

石墨烯獨特的物理、化學和機械性能為復合材料的開發提供了原動力, 可望開辟諸多新穎的應用領域, 諸如新型導電高分子材料、多功能聚合物復合材料和高強度多孔陶瓷材料等。Fan 等

[14]

利用石墨烯的高比表面積和高的電子遷移率, 制備了以石墨烯為支撐材料的聚苯胺石墨烯復合物, 該復合物擁有高的比電容(1046F/ g)遠遠大于純聚苯胺的比電容115F/ g。石墨烯的加入提高了復合材料的多功能性和復合材料的加工性能等, 為復合材料提供了更廣闊的應用領域。圖3 對比了幾種納米填料對橡膠增強效率，可以看到石墨烯具有更顯著的增強效果

[15]

。展望

石墨烯自2004年以穩定的形態出現以來，因其獨特的性能和二維納米結構受到科學界的普遍關注。無論在理論還是實驗研究方面，石墨烯都展示出重大的科學意義和應用價值。近年來，石墨烯的研究不斷取得重要進展，在石墨烯透明導電薄膜的結構、性能、制備等方面也已經取得了很多的研究成果，但也存在不少問題。由于制作大面積石墨烯薄膜時會混入雜質，產生缺陷，因此大多數以石墨烯薄膜為器件的導電性及透明性都未達到ITO的水平。為了使石墨烯透明導電薄膜達到實際應用水平，還需要繼續探索透明導電薄膜的制備方法以實現大面積化及量產化；開發有效的摻雜技術以使石墨烯薄膜具有理想的載流子密度；研究更有效的還原與結構修復方法以制備不含缺陷及雜質的高品質石墨烯薄膜。

理論上看，石墨烯是一種理想的太陽電池透明電極材料。然而，目前以石墨烯作透明電極的太陽電池光電轉化效率都低于ITO/FTO基太陽電池。這是由于采用各種方法制備的石墨烯電阻較大，影響了電池的光電轉化效率。所以石墨烯作透明電極的研究重點主要集中在如何采用合適的制備方法，獲得電性能、透光性、力學性能等綜合性能好的石墨烯。對石墨烯內部的位錯、晶界、應變等缺陷進行理論模擬計算，并用來指導實驗研究，最終通過控制位錯、晶界等缺陷的運動，使其性能得到有效控制，實現理論指導實驗、實驗驗證理論、理論與實驗緊密結合。這是獲得大面積、高性能石墨烯的新的著眼點。另外，石墨烯作透明電極時，也會與太陽電池其它部分直接接觸。在未來的研究中，制備高性能石墨烯的同時，也應該關注太陽電池中石墨烯與其它部分的界面情況。

目前，關于石墨烯材料的制備和其在電化學領域的應用研究仍在如火如荼地進行。人們的研究主要集中于３個方面：一是石墨烯的低成本大規模制備的基礎研究，二是石墨烯基復合材料的制備與性能研究，三是石墨烯材料在相關領域的應用研究。隨著人們對石墨烯及其復合材料研究的深入以及制備方法的改進，石墨烯及其復合材料在電化學中的應用將會得到更為廣泛的關注。以下幾方面研究較少，值得關注：(1)石墨烯在鋰離子電池正極材料研究方面（如石墨烯／磷酸亞鐵鋰）；(2)含氮或硼石墨烯在電化學中的應用；(3)氧化石墨烯復合材料在燃料電池中的應用；(4)氧化石墨烯復合材料在電化學傳感器中的應用。與碳納米管的發現與研究應用過程類似，在今后的若干年里石墨烯的研究會越來越深入，其最終進入實際應用階段是必然的。石墨烯材料是當今世界新材料科技發展的又一制高點，對其深入研究與開發將給許多領域的發展帶來巨大機會。

參考文獻

[1] 史永勝，李雪紅，寧青菊.石墨烯的制備及研究現狀.電子元件與材料[J],2010，8（8）:70-73 [2] 孫治華，朱申敏，張 荻.石墨烯基納米復合材料在光解水產氫中的應用[J].材料導報，2014,3（3）：30-33 [3] 趙建紅，宋立媛等.石墨烯在光電探測領域的研究進展[J].紅 外 技 術,2014,8(8):608-611 [4] 章海霞，閆 輝等.石墨烯作太陽電池透明電極的研究進展[J].材料導報.2014,11(11):8-11 [5] NOVOSELOV K S，GEIM A K，MOROZOV S V，et al.Electric field effect in atomically thin carbon films [J].Science，2004，306（5696）：666-669.[6] 王學寶，李晉慶，羅運軍.高氯酸銨/石墨烯納米復合材料的制備及熱分解行為[J].火炸藥學報，2012，35（6）：76-80.[7] 沙金，謝林生，馬玉錄，等.氨基改性氧化石墨烯及其與環氧樹脂的復合[J].中國塑料，2011，25（8）：28-33.[8] BALANDIN A A，GHOSH S，BAOWZ，et al.Superior thermal conductivity of single-layer graphene[J].Nano Letters，2008，8（3）：902-907.[9] PACI J T，BELYTSCHKO T，SCHATZ G C.Computational studies of the structure，behavior upon heating，and mechanical properties of graphite oxide[J].The Journal of Physical Chemistry（C），2007，111（49）：18099-18111.[10] SZABO T，TOMBACZ E，ILLES E，et al.Enhanced acidity and pH-dependent surface charge characterization of successively oxidized graphite oxides[J].Carbon，2006，44（3）：537-545.[11] BERGERC，SONGZM，LIXB，et al.Electronic confinement and coherence in patterned epitaxial graphene[J].Science，2006，312（5777）：1191-1196.[12] Li D, Mull er M B, Gilje S , et al.Proces sab le aqueous di sper s ions of graphen e nanosheet s [ J ].Natu re Nanot ech nology ,2008 , 3(2): 101-105.[13] H ernan dez Y, Nicolosi V, Lot ya M , et al.High yield produc t ion of graphene b y liquid phase exf oliat ion of graphit e[ J].Na tur e Nanot echnology , 2008 , 3(9): 563-568.[14] H amilt on C E, Lomeda J R , Su n Z Z, et al.H igh yield or ganic disp ersion s of u nfu nct ionalized graphene[ J ].Nano L et t ,2009 , 9(10): 3460-3462.[15] 張曉珍．基于石墨烯／硅異質結高性能光伏器件的研究［Ｄ］．蘇州：蘇州大學，2013

第五篇：石墨烯制作方法總結

目前制備石墨烯采用的方法有：微機械剝離法、化學氣相沉積法、氧化還原法、溶劑剝離法和溶劑熱法等．

Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes

Figure 1 | Synthesis, etching and transfer processes for the largescale and patterned graphene films.a, Synthesis of patterned graphene films on thin nickel layers.b, Etching using FeCl3(or acids)and transfer of graphene films using a PDMS stamp.c, Etching using BOE or hydrogen fluoride(HF)solution and transfer of graphene films.RT, room temperature(,25 ℃).Thin layers of nickel of thickness less than 300nm were deposited on SiO2/Si substrates using an electron-beam evaporator電子束蒸發器, and the samples were then heated to 1,000℃ inside a quartz tube under an argon atmosphere.After flowing reaction gas mixtures(CH4:H2:Ar=50:65:200 standard cubic centimetres per minute), we rapidly cooled the samples to room temperature(25℃)at the rate of ,10℃/s using flowing argon.We found that this fast cooling rate is critical關鍵 in suppressing formation of multiple layers and for separating graphene layers efficiently from the substrate in the later process.In our work,an aqueous iron(III)chloride(FeCl3)solution(1 M)was used as an oxidizing etchant to remove the nickel layers.The net ionic equation of the etching reaction can be represented as follows:

2Fe3+(aq)+Ni(s)=2Fe2+(aq)+Ni2+(aq)This redox process slowly etches the nickel layers effectively within a mild pH range without forming gaseous products or precipitates.In a few minutes, the graphene film separated from the substrate floats on the surface of the solution, and the film is then ready to be transferred to any kind of substrate.Graphene on metal surfaces