《石墨烯研究綜述【論文】》

石墨烯研究綜述報告摘要：本文研究新型綠色材料石墨烯的制備及應(yīng)用，以為在未來發(fā)展的遠(yuǎn)景的分析。石墨烯（Graphene）是一種二維碳納米材料，并且具有良好的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特，在科學(xué)，建筑工程學(xué)，生物醫(yī)學(xué)，能源學(xué)等方面有重要的應(yīng)用發(fā)展前景，被認(rèn)為是一種未來革命性材料[1-2]。無論在我國科學(xué)研究界還是在世界科學(xué)研究界都受到非常的關(guān)注。石墨烯的發(fā)現(xiàn)是世界上的重大發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)如今石墨烯的運(yùn)用更為全面，對于石墨烯的制備更為了解，石墨烯可以通過化學(xué)的方法合成，也可以通過物理的方法提純，對于石墨烯的取得更為容易。關(guān)鍵詞:石墨烯綠色材料制備及應(yīng)用1、石墨烯的制備石墨烯是自然界中本就存在的綠色材料，只是在以往很難分離和單獨(dú)提純利用。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)可以通過化學(xué)合成的方法得到需要的石墨烯。石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離法，氧化還原法，取向附生法，碳化硅外延法，赫默法和化學(xué)氣象沉積法。本文主要研究氧化還原法，通過化學(xué)性質(zhì)，實驗分離得到提純的石墨烯。通過化學(xué)的方法，可以得到比較優(yōu)質(zhì)的石墨烯，通過硫酸，雙氧水等化學(xué)試劑，將得到的石墨氧化，得到氧化石墨，然后通過物理的方法，對得到的產(chǎn)物進(jìn)行分離提純，干燥凈化得到石墨的粉體。然后通過高溫法，氧化還原法，物理分離提純法，得到石墨烯（RGO）[3]。在制備過程中應(yīng)該控制化學(xué)試劑對反應(yīng)的處理，防止化學(xué)材料對環(huán)境的污染。石墨烯結(jié)構(gòu)圖紅外光束激發(fā)等離子體石墨烯傳感器示意圖2、石墨烯的應(yīng)用隨著科技日新月異的發(fā)展，現(xiàn)代科技材料的需求也與越來也越大，很多新型材料得意研發(fā)和利用，石墨烯就是其中的一種。隨著石墨烯的大規(guī)模開發(fā)和生產(chǎn)，在電子設(shè)備，航空航天，醫(yī)藥設(shè)備，新能源等領(lǐng)域都得到廣泛的運(yùn)用。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料[4]。石墨烯的特殊物理體積結(jié)構(gòu)，使得很多在大分子里進(jìn)行的實驗可以在石墨烯中進(jìn)行，在石墨烯中進(jìn)行實驗還能保證很多實驗穩(wěn)定的進(jìn)行。石墨烯更是一種良好的半導(dǎo)體材料，可以取代很多性質(zhì)不穩(wěn)定或難以獲得的半導(dǎo)體材料，在科學(xué)研究界得到很大的利用。石墨烯還有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，在化學(xué)試劑保存和危險制品保存方面有很重要的作用，對于氫氣的保存有較好性質(zhì)。石墨烯在生產(chǎn)中運(yùn)用最多的就是制作傳感器和晶體管。石墨烯具有非常強(qiáng)大的靈敏性，在電子感知方面有強(qiáng)的優(yōu)越性，在醫(yī)學(xué)上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的效果[5-6]。石墨的穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以在很高的要求下不易分解和變質(zhì)，具有很穩(wěn)的化學(xué)性質(zhì)，可以接受很多高頻率的工作，因此得到大規(guī)模的使用[5-6]。手機(jī)是現(xiàn)在社會每個人都無法離開的工具，石墨烯還是制造手機(jī)鋼化膜和電池的主要材料。石墨烯有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，還有很強(qiáng)的延展性，是保護(hù)手機(jī)屏幕的鋼化膜生產(chǎn)的首要材料，既能保護(hù)手機(jī)防止摔破也能保證手機(jī)使用的穩(wěn)定性[7]。石墨烯更是生產(chǎn)手機(jī)電池的主要材料，石墨烯有較大的容量，可以保證手機(jī)的長時間使用，石墨烯電池的超大容量也是現(xiàn)在新能源汽車的必不可少的材料，對于未來新能源汽車的發(fā)展有很重要的作用?，F(xiàn)代時代也是資源時代對于能源資源，水資源等各種資源的使用也越來越嚴(yán)重，水資源更是現(xiàn)代社會比不可缺又十分貧乏的資源，雖然地球水資源豐富但是淡水資源十分匱乏，而石墨烯的研究就是可以解決這嚴(yán)重的問題。石墨烯薄膜可以分離出水分子和其他雜志分子，可以有效的將海水淡化，提純得到我們需要的淡水，雖然在這一方向還有很大的研究空間，但是石墨烯在海水淡化上也有突破性的進(jìn)步，對未來水資源的解決有很重要的作用。石墨烯在科技方面的運(yùn)用最為廣泛，對于航空航天的研究有很重要的作用。石墨烯的高導(dǎo)電性，高穩(wěn)定性和超輕薄性，使石墨烯在航天方面有很重要的作用。在我國航天高度發(fā)展的時代，石墨烯的運(yùn)用更為重要。石墨烯也是新型感光元件，比現(xiàn)有CMOS或CCD提高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本10%[8]。可應(yīng)用在監(jiān)視器與衛(wèi)星成像領(lǐng)域中，可以應(yīng)用于照相機(jī)、智能手機(jī)等。石墨烯是新型復(fù)合材料，對于能量儲存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)良性能，具有廣闊的應(yīng)用前景[9]。石墨烯對于骨骼的鏈接等方面也有很重要的作用，在醫(yī)學(xué)方面也有很重要的作用。3、石墨烯的相對性質(zhì)石墨烯相對于其他材料有很多優(yōu)點。石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道[10]。其物理性質(zhì)很穩(wěn)定，相對于其他同種材料，石墨烯的物理性質(zhì)相對穩(wěn)定，在很多方面都可以得到運(yùn)用[11]。石墨烯的超導(dǎo)電性導(dǎo)致石墨烯是很好的電導(dǎo)材料，對于機(jī)械生產(chǎn)，醫(yī)藥電導(dǎo)的使用都很重要。石墨烯的光學(xué)性質(zhì)也比其他材料的穩(wěn)定性較好，用在電導(dǎo)方面的研究也比較重要。石墨烯的性質(zhì)相對穩(wěn)定，還有很強(qiáng)的韌性，因此石墨烯是制作各種薄膜的良好材料，相對于其他同種材料而言，石墨烯的韌性是很強(qiáng)的，而且還有很多孔結(jié)構(gòu)，是制作濾網(wǎng)的有效材料，通過石墨烯的用途也是通過這些性質(zhì)決定的。石墨烯的特性還有很多，很強(qiáng)的力學(xué)特性和熱特性，石墨的熱特性，導(dǎo)致石墨烯可以作為良好的熱導(dǎo)體。石墨烯還有很強(qiáng)大的容量性質(zhì)，這也是現(xiàn)代科學(xué)界最為關(guān)注石墨烯的方面，在未來新能源汽車研究方面的重視。石墨烯的結(jié)構(gòu)也屬于納米罐裝結(jié)構(gòu)，很多方面適應(yīng)生物材料方面的研究。石墨烯還有很強(qiáng)的生物相容性，與很多納米材料想比較，其性質(zhì)更容易作為科學(xué)方面的研究。石墨烯還有一定的氧化還原性質(zhì)，在化學(xué)制造和工業(yè)生產(chǎn)的過程中也可以得到使用[12-13]。相對于其他材料，石墨烯本就存在自然界，對于環(huán)境石墨烯基本沒有影響，但是在生產(chǎn)和制造石墨烯的過程中容易產(chǎn)生污染，對于其他材料，有時候得到石墨烯也相對困難，在很多方面，石墨烯還有很大的發(fā)展空間。4、石墨烯的發(fā)展前景石墨烯的物理化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致石墨烯的研究進(jìn)一步發(fā)展，石墨烯材料廣泛運(yùn)用在電池制作，半導(dǎo)體研究，手機(jī)鋼化膜制造，電導(dǎo)體研究，傳感器，晶體管，光電復(fù)合材料的開發(fā)利用[14]。對于石墨烯的超高潛在價值，我國對石墨烯在醫(yī)學(xué)，工程學(xué)，環(huán)境學(xué)，能源學(xué)等方面多項研究進(jìn)行。我國科學(xué)界研究更深一步探討，對于石墨烯在新型電動車的使用，石墨烯的超容量性，是未來新型汽車電池中比不可缺少的一部分[15]。世界各國對石墨烯的研究也在如火如荼的進(jìn)行，在航空航天方面的運(yùn)用。宇宙是未來世界開發(fā)資源的重要區(qū)域，對于宇宙的探索，世界各國從來沒有停止進(jìn)行，而做為航空航