石墨烯制备与带隙调控的研究进展

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石墨烯基材料的制备与性能调控

石墨烯基材料的制备与性能调控石墨烯作为一种新型的二维材料，具有出色的电子、热传导和力学性能，因此在许多领域都备受关注。

为了充分发挥石墨烯的优异性能，研究人员致力于开发不同的制备方法和性能调控策略。

一种常见的制备石墨烯的方法是机械剥离法。

这种方法通过用胶带粘取石墨烯层来获得单层石墨烯。

虽然这种方法简单易行，但是其制备效率低，只能得到小尺寸的石墨烯样品。

为了解决这个问题，研究人员提出了化学气相沉积法。

这种方法利用金属催化剂在高温下，使石墨烯从气相中沉积到基底上。

相比机械剥离法，化学气相沉积法可以高效地制备大面积的石墨烯。

除了制备方法，石墨烯的性能调控也是研究的重点之一。

一种常见的性能调控策略是通过化学修饰改变石墨烯的表面性质。

例如，通过在石墨烯表面引入不同的官能团，可以调控石墨烯的亲疏水性、化学反应性等。

这种方法不仅可以改善石墨烯的稳定性，还可以扩展其在生物医学和环境领域的应用。

除了化学修饰，物理方法也可以用于调控石墨烯的性能。

例如，通过机械拉伸可以改变石墨烯的电子结构，从而调控其电子输运性能。

此外，通过控制石墨烯的形貌和尺寸，也可以调控其力学性能。

例如，将石墨烯制备成纳米带状结构，可以显著增强其力学强度和韧性。

除了单一的石墨烯材料，研究人员还致力于制备石墨烯复合材料。

石墨烯复合材料是将石墨烯与其他材料（如金属、聚合物等）进行复合，以获得具有特定性能的材料。

通过调控石墨烯与其他材料的相互作用，可以实现对复合材料性能的调控。

例如，将石墨烯与金属复合可以提高复合材料的导电性能，将石墨烯与聚合物复合可以增强复合材料的力学性能。

石墨烯基材料的制备与性能调控是一个复杂而多样的研究领域。

通过不同的制备方法和性能调控策略，可以实现对石墨烯材料性能的精确调控。

这将有助于进一步拓展石墨烯在电子、能源、生物医学等领域的应用。

未来，我们可以期待石墨烯基材料在各个领域的广泛应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。

石墨烯相关材料的制备及性能研究

石墨烯相关材料的制备及性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层晶体结构材料，具有极高的机械强度，良好的热稳定性和电子传输性能。

近年来，石墨烯和其相关材料的制备及性能研究引起了广泛的关注。

本文将简要介绍石墨烯相关材料的制备和性能研究进展。

一、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要包括化学气相沉积(CVD)、化学剥离法、机械剥离法等。

其中，CVD法是目前最常用的制备石墨烯的方法之一。

它的优点是制备出的样品质量较高，但是需要高温、高压等严苛条件，成本也较高。

化学剥离法和机械剥离法则相对简单，但是样品质量略逊于CVD法。

除了石墨烯本身，其相关材料的制备也备受关注。

其中，二维过渡族金属硫属化物(MoS2、WS2等)是一种重要的石墨烯相关材料。

它的制备方法主要包括化学气相沉积法、氧化物还原法、溶剂热法等。

二、石墨烯相关材料的性能研究石墨烯和其相关材料的性质研究涵盖了物理、化学、生物等多个领域。

下面将以其电子传输性能和光学性质为例，简要介绍相关研究进展。

1. 电子传输性能石墨烯的电子传输性质十分独特，具有无质量、线性色散的费米子特性。

研究人员利用这一特性，开发了一系列石墨烯电子器件，如晶体管、逻辑门等。

石墨烯相关材料中，MoS2是一种能带直接隙半导体，具有较高的载流子迁移率。

研究表明，通过改变MoS2层数、掺杂等方法，可以显著调控其导电性能。

2. 光学性质石墨烯和其相关材料的光学性质也备受关注。

石墨烯具有极高的吸收率、透过率和反射率，在太阳能电池、光电探测器等领域具有广泛应用前景。

MoS2是一种光电材料，在光电转换、光催化等方面具有优异的应用潜力。

近年来，研究人员还通过掺杂、叠层等方法，进一步提高了MoS2的光学性能。

三、石墨烯相关材料的应用展望石墨烯和其相关材料具有广泛的应用前景。

除了上文提到的电子器件和光学器件等，它们在储能、传感、过滤等领域也有着重要的应用价值。

例如，石墨烯氧化物和MoS2等材料在锂离子电池、超级电容器等储能设备中具有较高的电容量、较低的内阻和较长的寿命。

2024年石墨烯报告研究

2024年石墨烯报告研究•石墨烯概述与基本特性•2024年石墨烯市场现状及趋势分析•石墨烯在能源领域应用研究进展•石墨烯在生物医学中应用前景探讨目•石墨烯在复合材料中增强作用研究•挑战、机遇与政策建议录石墨烯概述与基本特01性石墨烯定义及结构石墨烯定义石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的二维材料，具有蜂窝状晶格结构。

结构特点石墨烯的每个碳原子通过σ键与相邻的三个碳原子连接，形成稳定的六边形结构；剩余的π电子形成离域大π键，赋予石墨烯优异的电学和热学性能。

电学性能石墨烯具有零带隙半导体特性，载流子迁移率高，电导率高。

热学性能石墨烯具有极高的热导率，优于大多数已知材料。

力学性能石墨烯的强度极高，是已知材料中强度最高的之一。

化学稳定性石墨烯具有较高的化学稳定性，但在特定条件下可发生化学反应。

基本物理和化学特性利用胶带反复剥离石墨片层，得到单层或多层石墨烯。

机械剥离法在高温下，利用含碳气体在金属基底上分解生成石墨烯。

化学气相沉积法（CVD ）通过化学方法将石墨氧化成氧化石墨，再还原成石墨烯。

氧化还原法利用溶剂与石墨之间的相互作用力，将石墨剥离成单层或多层石墨烯。

液相剥离法制备方法简介石墨烯可用于制造高速、高灵敏度的电子器件，如晶体管、传感器等。

电子器件能源存储与转换复合材料生物医学石墨烯可用于制造高性能的电池、超级电容器等能源存储器件，以及燃料电池等能源转换器件。

石墨烯可与其他材料复合，提高复合材料的力学、电学、热学等性能。

石墨烯可用于生物医学领域，如生物成像、药物输送、组织工程等。

应用领域概览2024年石墨烯市场02现状及趋势分析全球市场规模与增长趋势市场规模根据研究数据，2024年全球石墨烯市场规模已达到数十亿美元，并且呈现出快速增长的态势。

增长趋势随着石墨烯制备技术的不断成熟和应用的不断拓展，预计未来几年全球石墨烯市场将继续保持高速增长，年复合增长率有望达到20%以上。

中国作为全球最大的石墨烯生产国，中国在石墨烯领域的研究、开发和产业化方面取得了显著进展，已形成了完整的产业链和庞大的市场规模。

石墨烯的研究进展

石墨烯的研究进展刘乐浩，李铁虎，赵廷凯，王大为(西北工业大学材料科学与工程学院，西安710072)摘要石墨烯是碳的又一同素异形体，具有独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学等性能，成为富勒烯和碳纳米管之后的又一研究热点。

全面综述了近几年来石墨烯的制备方法，洋细讨论了微机械剥离法、化学剥离法、化学合成法、外延生长法、电弧法、化学气相沉积法的优缺点，并针对制备方法存在的产量低、结构不稳定、高污染等问题，提出了一些大规模可控制备高质量石墨烯的建议。

还结合石墨烯的结构和特性，概括了石墨烯在复合材料、微电子、光学、能源、生物医学等领域的应用进展，并展望了其主要研究方向和发展趋势。

关键词石墨烯制备方法应用中图分类号：〇613. 71 文献标识码：Research Progress on GrapheneLIU Lehao，LI Tiehu，ZHAO Tingkai，WANG Dawei (School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi，an 710072)Abstract As an allotrope of carbon，graphene has become a research hotspot due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical，electrical，optical and thermal properties. Synthesis of graphene via different approaches ，such as micro mechanical stripping， chemical stripping， chemical synthesis， epitaxial growth， arc dis- charge，and chemical vapor deposition， are discussed in detail， and strategies for producing homogeneous graphene with improved yield and structural stability while limiting its pollution are proposed. Also application progress of gre- phene in polymer composites，micro electronics， optics， energy and biomedicine are summarized， and the main research direction and development trend are imagined.Key words graphene，preparation methods，applicationo引言富勒烯[1]和碳纳米管[2]已经成为碳材料研究的热点，而在2004年，Geim等[3]又发现了碳的又一同素异形体——石墨烯（Graphene)。

石墨烯毕业论文

石墨烯毕业论文石墨烯毕业论文石墨烯，作为一种新兴的二维材料，近年来备受关注。

它具有出色的电子、热学、力学和光学性能，被认为是未来科技领域的重要材料。

在我即将毕业的时刻，我决定以石墨烯为研究对象，撰写一篇毕业论文，以探索其潜在应用和进一步发展的可能性。

首先，我将介绍石墨烯的基本性质和制备方法。

石墨烯是由碳原子构成的单层晶体结构，具有高度的强度和导电性。

其制备方法多种多样，包括机械剥离、化学气相沉积和化学还原等。

在论文中，我将详细描述这些方法的优缺点，并提出一种新的制备方法，以提高石墨烯的质量和可扩展性。

其次，我将研究石墨烯的电子性质。

石墨烯的电子结构具有独特的带隙特性，使其成为一种理想的载流子传输材料。

我将通过实验和数值模拟，研究石墨烯的载流子输运特性，并探索其在电子器件中的应用潜力。

例如，石墨烯可以作为高性能的晶体管材料，用于制造更快、更小、更节能的电子器件。

此外，我将研究石墨烯在能量存储和转换领域的应用。

石墨烯具有高比表面积和良好的电导率，使其成为一种理想的电极材料。

我将探索石墨烯在锂离子电池、超级电容器和燃料电池等能源存储和转换设备中的应用潜力。

通过优化石墨烯的结构和制备工艺，可以提高这些设备的性能和循环寿命。

除了电子和能源领域，石墨烯还具有广泛的应用前景。

例如，在生物医学领域，石墨烯可以用于制造生物传感器、药物传递系统和组织工程材料。

在环境保护领域，石墨烯可以用于制造高效的吸附剂、催化剂和分离膜。

在纳米电子学领域，石墨烯可以用于制造纳米传感器、纳米电子器件和纳米机械系统。

在论文中，我将介绍这些领域的最新研究进展，并提出一些新的应用方向。

最后，我将总结石墨烯的研究成果，并展望其未来的发展前景。

石墨烯作为一种多功能材料，具有巨大的潜力。

然而，目前仍存在一些挑战，如大规模制备、稳定性和可扩展性等。

我将提出一些解决这些挑战的方法和建议，并展示石墨烯在未来科技领域的应用前景。

在整个研究过程中，我将采用实验和理论相结合的方法，以确保研究结果的准确性和可靠性。

石墨烯的带隙

石墨烯的带隙石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有许多独特的物理和化学特性。

它被广泛研究，并被认为是下一代材料科学的前沿领域之一。

然而，石墨烯中的一个重要问题是其零能隙，这在一些应用中限制了其使用。

本文将对石墨烯的带隙进行深入探讨，同时分享我对这个主题的观点和理解。

1. 什么是带隙？带隙是指固体材料中能级间的能量间隔。

在导体中，能带之间的能级是连续的，而在绝缘体和半导体中，能带之间存在一个带隙，这导致了电荷载流子的出现和禁止电荷传导。

石墨烯由单层碳原子构成，因此在理论上应该是零能隙材料。

2. 石墨烯的零能隙由于石墨烯的结构，其能带结构非常特殊。

碳原子的sp2杂化导致了π和π*能带的形成，它们相互重叠而形成了零能隙。

这意味着石墨烯在常温下不能禁止电荷传导，因此无法被用作传统的半导体材料。

这限制了石墨烯在电子学和光电子学等领域的应用。

3. 带隙调控与石墨烯应用尽管石墨烯本身具有零能隙，但科学家们已经提出了一些方法来调控其带隙，并使其在半导体设备中具有应用潜力。

这些方法包括掺杂、应变和纳米尺度的结构工程。

通过引入外部杂原子或分子，可以改变石墨烯的电子结构，从而引入带隙。

应变也被发现可以改变石墨烯的带隙，通过在表面施加机械应变或在其基底上引入应变。

通过制备石墨烯的纳米结构，也可以实现带隙的调控。

4. 石墨烯带隙的应用前景在石墨烯带隙调控的基础上，石墨烯在电子学和光电子学领域的应用前景变得更加广阔。

具有可调控带隙的石墨烯可以被用于制备高性能的半导体器件，如晶体管和光电探测器。

石墨烯光伏器件、光电转换器以及传感器等领域也可以受益于石墨烯带隙的调控。

带隙的引入使得石墨烯能够在不同能级和电子结构的材料之间实现能级匹配，从而提高了其在电子器件中的应用潜力。

总结：石墨烯作为一种具有独特物性的二维材料，具有零能隙的特点。

然而，科学家们通过掺杂、应变和结构工程等方法，成功地调控了石墨烯的带隙，使其具备了更广阔的应用前景。

石墨烯的制备研究进展_袁小亚

第26卷第6期无机材料学报Vol. 26No. 62011年6月Journal of Inorganic Materials Jun., 2011收稿日期: 2010-09-27; 收到修改稿日期: 2010-12-02基金项目: 重庆市教委科技基金(KJ070402); 重庆市科委基金(2007BB4442); 重庆交通大学山区道路建设与技术维护重点实验室开放基金(CQMRCM-10-5)Municipal Science Foundation Project of CQ CSTC (2007BB4442) and of CQEC (KJ070402); Open-ended Fund ofHi-tech Lab for Mountain Road Construction and Maintenance, CQTJU (CQMRCM-10-5)作者简介: 袁小亚(1979−), 男, 博士, 副教授. E-mail: yuanxy@文章编号: 1000-324X(2011)06-0561-10 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.00561石墨烯的制备研究进展袁小亚(重庆交通大学理学院, 重庆 400074)摘要: 近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣. 人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障. 本文大量引用近三年最新参考文献, 综述了石墨烯的制备方法: 物理方法(微机械剥离法、液相或气相直接剥离法)与化学法(化学气相沉积法、晶体外延生长法、氧化−还原法), 并详细介绍了石墨烯的各种修饰方法. 分析比较了各种方法的优缺点, 指出了石墨烯制备方法的发展趋势.关键词: 石墨烯; 石墨烯氧化物; 制备; 功能化石墨烯; 综述中图分类号: O613; TB332 文献标识码: AProgress in Preparation of GrapheneYUAN Xiao-Ya(College of Science, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)Abstract: Graphene has attracted much interest in recent years due to its unique and outstanding properties. Dif-ferent routes to prepare graphene have been developed and achieved. Preparation methods of graphene used in re-cent years are intensively introduced, including micromechanical cleavage, chemical vapor deposition, liquid/gas- phase-based exfoliation of graphite, epitaxial growth on an insulator, chemical reduction of exfoliated graphene oxide, etc. And their advantages and shortcomings are further discussed in detail. The preparations of graphene are also prospected.Key words: graphene; graphene oxide; preparation; functional graphene; review2004年, 英国曼彻斯特大学的Geim 研究小组首次制备出稳定的石墨烯, 推翻了经典的“热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在”的理论, 震撼了整个物理界[1], 引发了石墨烯的研究热潮[2]. 理想的石墨烯结构可以看作被剥离的单原子层石墨, 基本结构为sp 2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料, 这是目前世界上最薄的材料—单原子厚度的材料. 这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象, 使石墨烯表现出许多优异性质[3-6], 石墨烯不仅有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cm 2/(V·s))[7-8], 突出的导热性能(5000 W/(m·K))[9-10], 超常的比表面积(2630 m 2/g)[11], 其杨氏模量(1100 GPa)和断裂强度(125 GPa)[12-13]也可与碳纳米管媲美, 而且还具有一些独特的性能, 如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质[14]等. 与碳纳米管相比, 石墨烯的主要性能均与之相当, 甚至更好, 避免了碳纳米管研究和应用中难以逾越的手性控制、金属型和半导体型分离以及催化剂杂质等难题, 而且制备石墨烯的原料价格便宜. 正是由于石墨烯材料具有如此众多奇特的性质, 引起了物理、化学、材料等不同领域科学家的极大研究兴562 无机材料学报第26卷趣, 也使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景[3-6, 15].1石墨烯的制备方法概述目前有关石墨烯的制备方法, 国内外有较多的文献综述[4-6, 16-19], 石墨烯的制备主要有物理方法和化学方法. 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料, 通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯, 此法原料易得, 操作相对简单, 合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少, 但费时、产率低下, 不适于大规模生产. 目前实验室用石墨烯主要多用化学方法来制备, 该法最早以苯环或其它芳香体系为核, 通过多步偶联反应取代苯环或大芳香环上6个, 循环往复, 使芳香体系变大, 得到一定尺寸的平面结构的石墨烯(化学合成法)[20]. 2006年Stankovich等[21]首次用肼还原脱除石墨烯氧化物(graphene oxide, 以下简称GO)的含氧基团从而恢复单层石墨的有序结构(氧化−还原法), 在此基础上人们不断加以改进, 使得氧化−还原法(含氧化−修饰−还原法)成为最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其材料的方法[16]. 除此之外, 晶体外延生长、化学气相沉积也可用于大规模制备高纯度的石墨烯. 本文重点总结近三年化学法, 尤其是氧化−还原法制备石墨烯的研究进展, 并对制备石墨烯的各种途径的优缺点加以评述.2 物理法制备石墨烯2.1微机械剥离法微机械剥离法是最早用于制备石墨烯的物理方法. Geim等[1]在1mm厚的高定向热解石墨表面进行干法氧等离子刻蚀, 然后将其粘到玻璃衬底上, 接着在上面贴上1μm 厚湿的光刻胶, 经烘焙、反复粘撕, 撕下来粘在光刻胶上的石墨片放入丙酮溶液中洗去, 最后将剩余在玻璃衬底上的石墨放入丙醇中进行超声处理, 从而得到单层石墨烯. 虽然微机械剥离是一种简单的制备高质量石墨烯的方法, 但是它费时费力, 难以精确控制, 重复性较差, 也难以大规模制备.2.2液相或气相直接剥离法通常直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000℃以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中, 借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液. Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮 (NMP) 中, 超声1h后单层石墨烯的产率为1%[22], 而长时间的超声(462h)可使石墨烯浓度高达 1.2mg/mL, 单层石墨烯的产率也提高到4%[23]. 他们的研究表明[22], 当溶剂的表面能与石墨烯相匹配时, 溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量, 而能够较好地剥离石墨烯的溶剂表面张力范围为40~50mJ/m2; Hamilton等[24]把石墨直接分散在邻二氯苯(表面张力: 36.6mJ/m2)中, 超声、离心后制备了大块状(100~500nm)的单层石墨烯; Drzal等[25]利用液−液界面自组装在三氯甲烷中制备了表面高度疏水、高电导率和透明度较好的单层石墨烯. 为提高石墨烯的产率, 最近Hou等[26]发展了一种称为溶剂热插层(solvothermal-asssisted exfoliation)制备石墨烯的新方法(图1), 该法是以EG为原料, 利用强极性有机溶剂乙腈与石墨烯片的双偶极诱导作用(dipole- induced dipole interaction)来剥离、分散石墨, 使石墨烯的总产率提高到10%~12%. 同时, 为增加石墨烯溶液的稳定性, 人们往往在液相剥离石墨片层过程中加入一些稳定剂以防止石墨烯因片层间的范德华力而重新聚集. Coleman 研究小组在水/十二烷基苯磺酸钠( SDBS) 中超声处理石墨30min, 详细研究了石墨初始浓度以及SDBS浓度对石墨烯产率的影响, 发现所得的石墨烯多数在5层以下, 并且具有较高的导电率(~104 S/m)[27], 后来发现柠檬酸钠作为稳定剂也具有较好的剥离分散效果[28]. Englert 等[29]合成一种新型的水溶性含大芳香环的两亲性物质并作为片层石墨的稳定剂(图2), 利用该物质与石墨片层的π−π堆积与疏水作用来制备稳定的石墨烯水溶液. 最近, 为同时提高单层石墨烯的产率及其溶液的稳定性, Li等[30]提出“exfoliation-rein-tercalation-expansion”方法(图3), 以高温处理后图1 溶剂热剥离法制备石墨烯[26]Fig. 1 Schematic illustration of solvothermal-assisted exfo-liation and dispersion of graphene sheets in CAN[26](a) Pristine EG; (b) EG; (c) Insertion of CAN molecules into the inter-layers of EG; (d) Exfoliated graphene sheets dispersed in ACN; (e) Optical images of graphene solutions第6期袁小亚: 石墨烯的制备研究进展 563图2 合成的水溶性两亲性物质[29]Fig. 2 Soluble perylene-based bolaamphiphile detergent[29]图3 “剥离−再插层−膨胀”法制备石墨烯[30]Fig. 3 Route of “exfoliation-reintercalation-expansion” to graphene [30]的部分剥离石墨为原料, 用特丁基氢氧化铵插层后,再以DSPE-mPEG 为稳定剂, 合成的石墨烯90%为单层, 且透明度较高(83%~93%). 另外, 一些研究人员研究了利用气流的冲击作用来提高剥离石墨片层的效率, Janowska 等[31]以膨胀石墨为原料, 微波辐照下发现以氨水做溶剂能提高石墨烯的总产率(~8%), 深入研究证实高温下溶剂分解产生的氨气能渗入石墨片层中, 当气压超过一定数值足以克服石墨片层间的范德华力而使石墨剥离. Pu 等[32]将天然石墨浸入超临界CO 2中30min 以达到气体插层的目的, 经快速减压后将气体充入SDBS 的水溶液中即制得稳定的石墨烯水溶液, 该法操作简便、成本低, 但制备的石墨烯片层较多(~10层).因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料, 制备过程不涉及化学变化, 液相或气相直接剥离法制备石墨烯具有成本低、操作简单、产品质量高等优点, 但也存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重、需进一步脱去稳定剂等缺陷. 为克服这种现象, 最近Knieke 等[33]发展了一种大规模制备石墨烯的方法, 即液相“机械剥离”. 该法采取了一种特殊的设备, 高速剪切含十二烷基磺酸钠的石墨水溶液, 3h 后溶液中单层和多层石墨烯的浓度高达25g/L, 而5h 后50%以上的石墨烯厚度小于3nm, 该法具有成本低、产率高、周期短等优势, 是一种极有诱惑力的大规模制备石墨烯的途径.3 化学法制备石墨烯3.1 化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD) 是反应物质在相当高的温度、气态条件下发生化学反应, 生成的固态物质沉积在加热的固态基体表面, 进而制得固体材料的工艺技术. CVD 是工业上应用最广泛的一种大规模制备半导体薄膜材料的方法, 也是目前制备石墨烯的一条有效途径. Srivastava 等制备[34]采用微波增强CVD 在Ni 包裹的Si 衬底上生长出了约20nm 厚的花瓣状石墨片, 形貌并研究了微波功率对石墨片形貌的影响. 研究结果表明: 微波功率越大, 石墨片越小, 但密度更大. 此种方法制备的石墨片含有较多的Ni 元素. Zhu 等[35-36]用电感耦合射频等离子体CVD 在多种衬底上生长出纳米石墨微片. 这种纳米薄膜垂直生长在衬底上, 形貌类似于Srivastava 等[34]制备的“花瓣状”纳米片, 进一步研究发现这种方法生长出来的纳米石墨片平均厚度仅为1nm, 并且在透射电镜下观察到了垂直于衬底的单层石墨烯薄膜(厚0.335nm). Berger 等[37-38]将SiC 置于高真空(1.33×10−10 Pa)、1300 ℃下, 使SiC 薄膜中的Si 原子蒸发出来, 制备了厚度仅为1~2个碳原子层的二维石墨烯薄膜. 最近韩国成均馆大学研究人员[39]在硅衬底上添加一层非常薄的镍(厚度< 300nm), 然后在甲烷、氢气与氩气混合气流中加热至1000℃, 再将其快速冷却至室温, 即能在镍层上沉积出6~10层石墨烯, 通过此法制备的石墨烯电导率高、透明性好、电子迁移率高(~3700 cm 2 /(V·s)),并且具有室温半整数量子Hall 效应, 而且经图案化后的石墨烯薄膜可转移到不同的柔性衬底, 可用于制备大面积的电子器件(如电极、显示器等), 为石墨烯的商业化应用提供了一条有效的途径. CVD 法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求, 但现阶段较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了CVD 法制备石墨烯的发展, 因此该法仍有待进一步研究[40-42].3.2 晶体外延生长法(SiC 高温退火)[43-44]通过加热单晶6H-SiC 脱除Si, 从而得到在SiC 表面外延的石墨烯. 将表面经过氧化或H 2刻蚀后的SiC 在高真空下通过电子轰击加热到1000℃以除掉表面的氧化物, 升温至1250~1450, ℃恒温1~20min, 可得到厚度由温度控制的石墨烯薄片. 这种方法得到的石墨烯有两种, 均受SiC 衬底的影响很大: 一564 无机材料学报第26卷种是生长在Si层上的石墨烯, 由于和Si层接触, 这种石墨烯的导电性受到较大影响, 一种生长在C层上的石墨烯则有着极为优良的导电能力. 这种方法条件苛刻(高温、高真空)、且制造的石墨烯不易以从衬底上分离出来, 难以能成为大量制造石墨烯的方法.3.3氧化−还原法(含氧化−修饰−还原法)这是目前最常用的制备石墨烯的方法, 国内外科学家已经对这方面做了大量的研究[16, 45-46]. 石墨本身是一种憎水性物质, 与其相比, GO表面和边缘拥有大量的羟基、羧基、环氧等基团, 是一种亲水性物质, 正是由于这些官能团使GO容易与其它试剂发生反应, 得到改性的氧化石墨烯; 同时GO层间距(0.7~1.2nm)[47]也较原始石墨的层间距(0.335nm)大, 有利于其它物质分子的插层. 制备GO的办法一般有3种: Standenmaier法[48]、Brodie法[49]、Hummers法[50]. 制备的基本原理均为先用强质子酸处理石墨, 形成石墨层间化合物, 然后加入强氧化剂对其进行氧化. 因这些方法中均使用了对化工设备有强腐蚀性、强氧化性的物质, 故现今有不少GO 的改进合成方法[51-52]. GO的结构比较复杂, 目前还没有公认的结构式, 比较常用的一种如图4所示[53] (关于GO化学结构的讨论可参阅[46, 54]).GO还原的方法包括化学液相还原[21]、热还原[55-56]、等离子体法还原[57]、氢电弧放电剥离[58]、超临界水还原[59]、光照还原[60-62]、溶剂热还原[63-64]、微波还原[65-68]等, 其中又以化学液相还原研究的最多, 常见的还原剂有水合肼[21, 69-72]、H2[73-74]、二甲肼[75]、对苯二酚[76]、NaBH4[77]、强碱[78]、MeReO3/ PPh3[51] 、纯肼[79]、Al粉[80]、维生素C[81-82]、乙二胺[83]、Na/CH3OH[84], Ruoff与Loh等对此作了很好的综述[46, 85]. 结构完整的二维石墨烯晶体表面呈惰性状态, 化学稳定性高, 与其它介质的相互作用较图4 石墨烯氧化物的结构式[53]Fig. 4 The structure of graphene oxide[53] 弱, 并且石墨烯片之间有较强的范德华力, 容易产生聚集, 使其难溶于水及常用的有机溶剂, 这给石墨烯的进一步研究和应用造成了很多困难. 为了充分发挥其优良性质、改善其可成型加工性(如提高溶解性、在基体中的分散性等), 必须对石墨烯表面进行有效的修饰, 通过引入特定的官能团, 还可以赋予石墨烯新的性质, 进一步拓展其应用领域. 修饰是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段[18]. 目前人们常采用先对GO进行修饰然后再进行还原(即氧化-修饰-还原). 其中, 石墨烯的修饰主要有共价键修饰和非共价键修饰[46, 85].3.3.1共价键修饰由于GO表面及边缘上有大量的羧基、羟基和环氧等活性基团, 可以充分利用这些官能团的活性进行多种化学反应(图5)在石墨烯片上引入各种分子即可达到石墨烯的共价键修饰.酰胺化反应是石墨烯共价修饰较常用的一个途径. 为增强COOH的反应活性, 通常先将其活化, 常用的活化试剂有二氯亚砜[86-90]、1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)−碳化二亚胺(EDC)[91]、N, N`-二环己基碳化二亚胺(DCC)[92-93]等. Niyogi等[86]先将GO上的羧基转变为酰氯(用SOCl2活化)然后与十八胺的胺基反应, 还原后制得长链烷基修饰的石墨烯在四氢呋喃(THF)的溶解度达0.5mg/mL, 且在四氯化碳、二氯甲烷等常用有机溶剂中也均有较好的溶解性. Bourlinos等也考察了各种伯胺、氨基酸与胺基硅氧烷共价修饰的石墨烯, 发现经修饰的石墨烯在水或有机溶液有极好的稳定性[94]. 除酰胺化反应外, COOH的酯化反应或其它反应也可用于修饰石墨烯. Shen等[95]将羧酸转变成其钠盐后然后利用亲核取代反应将正丁基引入石墨烯片上, 还原后发现经共价修饰的石墨烯在一些有机溶剂如氯仿、甲苯均有较好的稳定性, 且溶液的紫外−可见吸收光谱非常吻合朗伯−比尔定律. Salavagione等[90]采用核磁共振、红外光谱法等多种手段证实了聚乙烯醇(PV A)可成功通过酯化反应键合到石墨烯表面, 而Veca 等[92]则利用PV A侧链的羟基在GO表面的接枝制备PV A与石墨烯的复合物, 用作高分子合金的相容剂. Stankovich等[96]利用异氰酸酯与GO上的羧基和羟基反应, 制备了一系列异氰酸酯基修饰的石墨烯, 该功能化石墨烯可以在DMF、NMP、DMSO、HMPA、THF 等非质子溶剂中形成稳定的胶束体系, 并能够长时间保持稳定, 该方法过程简单、条件温和、功能化程度高.除羧基可作为共价修饰的位点外, GO表面的环第6期袁小亚: 石墨烯的制备研究进展 565图5 石墨烯氧化物的共价修饰[85]Fig. 5 Schematic illustration of covalent functionalization of graphene [85]氧基团与羟基也可作为反应的活性点[97-99]. Yang 等[99]利用环氧基团与胺基的亲核取代反应制备表面硅功能化的石墨烯片(图6), 在硅树脂中加入少量该物质能大大改善树脂的力学性能. Satti [93]和Ruoff [100]等利用聚丙烯胺侧链的胺基与GO 表面的环氧基团的反应制备交联的石墨烯, 使得石墨烯薄膜的韧性与强度均有大幅度的提高. 利用高分子化合物主链或侧链的基团与GO 表面或边缘基团的化学反应不仅能改善石墨烯的各种性能, 而且也能制备种类繁多的高性能聚合物−石墨烯纳米复合材料[101-105]. 石墨烯边缘一些活性双键或缺陷也能发生化学反应如自由基反应[106]、重氮化反应[107-108]、1, 3-偶极加成反应[109], 因此这些部位也能作为石墨烯共价修饰的活性位点.经共价修饰的石墨烯衍生物具有较好的溶解性和可加工性, 但由于杂原子官能团的引入, 破坏了石墨烯的大π共轭结构, 使其导电性与其它性能显著降低, 因此共价修饰的同时如何尽量保持石墨烯的本征性质是一个不容忽视的问题, 为更好地解决此问题, Samulski 与Li 等各自发展了新的共价修饰途径. Samulski 等[110]首先采用硼氢化钠预还原GO, 然后磺化, 最后再用肼还原的方法, 得到了磺酸基功能化的石墨烯. 该方法通过预还原除去了GO 中的多数含氧官能团, 很大程度上恢复了石墨烯的共轭结构, 其导电性显著提高, 而且由于在石墨烯表面引入磺酸基, 使其可溶于水, 便于进一步的研究及应用. Li 等用氨水调节GO 水溶液pH 等于10, 然后用肼还原同样得到导电性高(~7200 S /m)、力学性能好(拉伸模量: 35GPa)、透明性优异(透光率>96%)的石墨烯材料[111], 该法关键之处是控制溶液pH, 在碱性环境(pH=10)中石墨烯表面羧基变成羧酸负离子, 使得石墨烯片与片之间产生较强的静电排斥力(图7), 因此制备的石墨烯水溶液也具有非常好的稳定性.3.3.2 非共价键修饰除了通过在GO 表面上键合一些特定的化学基团来避免还原GO 时石墨烯片层间的重新堆集, 也能利用一些分子与石墨烯之间较强的相互作用力(如π−π堆积力、van der waals 作用力、氢键)来达到稳定单层石墨烯片的效果[85]. 通常这类分子含有较大的芳香环或较强的共轭体系, 能够与大π共轭结构的石墨烯发生较强的相互吸引而被吸附到石墨烯片层上从而得到稳定的胶体分散系统. 芘及其衍生物是一类常用于非共价修饰碳纳米管的共轭结构的分子[112-113], 利用它与石墨烯之间的π−π相互作用, Xu 等研究了芘丁酸对石墨烯的非共价修饰, 使566 无机材料学报第26卷图6 通过环氧位点表面硅功能化的石墨烯片[99]Fig. 6 Silane-functional graphene via chemical reaction on epoxy site[99]图7 化学法制备高分散水溶性石墨烯溶液[111]Fig. 7 Chemical route to the synthesis of aqueous graphene dispersions[111]其在水中形成稳定的分散, 并通过抽滤得到高性能柔性石墨烯薄膜[112]. Stankovich等在还原过程中使用高分子量聚苯乙烯磺酸钠(PSS)对GO表面进行吸附包裹, 避免了团聚, 成功制备了PSS包裹的改性单层石墨烯水溶液[114]. 这是由于PSS 与石墨烯之间有较强的非共价键作用(π−π堆积力), 阻止了石墨烯片的聚集, 使该复合物在水中具有较好的溶解性(1 mg/mL). Hao等[115]用四氰基苯醌作为石墨烯的稳定化剂, 同样获得了能溶于水及有机溶剂(DMSO、DMF) 的非共价修饰的石墨烯. 除利用小分子作为石墨烯的稳定剂外, 一些高分子也能通过非共价作用来修饰石墨烯[73, 116-120]. Li等利用具有大π共轭结构聚苯乙炔类高分子PmPV 与石墨烯之间的相互吸引作用, 制备了PmPV 非共价键修饰的石墨烯带[73].3.4其它方法除上述常用的几种制备石墨烯路线外, 国内外仍不断探索石墨烯新的制备途径. Chakraborty等[121]在成熟的石墨−钾金属复合物基础上制备了聚乙二醇修饰的石墨纳米片, 在有机溶剂及水中均溶解性较好. Wang等[122]利用Fe2+在聚丙烯酸阳离子交换树脂中的配位−掺碳作用, 发展了一种新型的、大规模制备石墨烯的方法: 原位自生模板法(in situ self-generating template), 该法具有产率高、产品晶型好的特点, 制备的石墨烯能作为甲醇燃料电池Pt 催化剂的优良载体. 最近, 复旦大学Feng首先采用Li方法[111]制备石墨烯溶液后, 然后通过高真空(P≈20Pa)低温冷冻干燥制备了高度疏松的粉体石墨烯, 该粉状物只需经简单的超声就能在DMF等有机溶剂中重新形成稳定的胶体分散体系[123], 该法提供了快速简便地大规模制备固态单层石墨烯的途径, 克服了传统方法只能制备分散、稳定石墨烯溶液的缺点, 为石墨烯商业化应用打下了良好基础.4 展望在短短的几年间, 石墨烯以其具有的优异性能及各种潜在的应用前景, 得到快速发掘和开发. 与此同时, 人们需要大量高质量、结构完整的石墨烯材料. 这就要求提高或进一步完善现有制备工艺的水平, 探索新的制备路径. 微机械法显然不能满足未来工业化的要求, 直接剥离法能制备高质量的石墨烯, 但产率太低、耗时太长; 化学气相沉积法可以制备出大面积且性能优异的石墨烯薄膜材料, 但现第6期袁小亚: 石墨烯的制备研究进展 567有的工艺不成熟以及成本较高都限制了其大规模应用, 因此还需进一步探索、完善. 氧化−还原法虽然能够以相对较低的成本制备出大量的石墨烯, 但即使被强还原剂还原后, 石墨烯的原始结构也并不能完全恢复(特别是经过共价修饰后的石墨烯), 而使其电子结构及晶体的完整性均受到严重的破坏,一定程度上限制了其在某些领域(如精密的微电子领域)中的应用. 因此, 如何大量、低成本制备出高质量的石墨烯材料仍是未来研究的一个重点. 此外, 由于表面修饰能改善或丰富石墨烯的各种性能, 也应该关注如何更好的修饰, 特别是非共价修饰,进一步提高石墨烯各方面性能, 促进其器件化、工业化、商品化的进程.参考文献:[1] Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, et al. Electric field effectin atomically thin carbon films. 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《石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及性能研究》范文

《石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及性能研究》篇一摘要：本文研究了石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备技术，对材料结构进行调控，并探讨了其性能。

通过多种表征手段，详细分析了所制备材料的结构特点、形貌特征及电化学性能。

研究结果表明，石墨烯的引入显著提高了TiO2和Li4Ti5O12的电化学性能，为锂离子电池的进一步发展提供了新的思路和方向。

一、引言随着新能源领域的快速发展，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优点，在电动汽车、储能系统等领域得到了广泛应用。

TiO2和Li4Ti5O12作为锂离子电池的重要正极材料，其性能的优劣直接关系到电池的性能。

近年来，石墨烯因其独特的二维结构和优异的电学、力学性能，在材料科学领域引起了广泛关注。

将石墨烯与TiO2和Li4Ti5O12结合，有望进一步提高材料的电化学性能。

因此，研究石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及性能，对于推动锂离子电池技术的发展具有重要意义。

二、可控制备技术本部分详细介绍了石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备技术。

通过溶胶凝胶法、水热法等手段，实现了对材料形貌、粒径的有效控制。

同时，通过调整制备过程中的反应条件，如温度、时间、浓度等参数，进一步优化了材料的结构和性能。

三、结构调控本部分利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段，对所制备的石墨烯杂化材料进行了结构分析和形貌观察。

结果表明，石墨烯的成功引入使得TiO2和Li4Ti5O12的晶格结构得到了有效调控，形成了均匀分散的纳米复合材料。

此外，通过对制备过程中石墨烯的掺杂量进行调控，实现了对材料孔隙率和比表面积的优化。

四、性能研究本部分重点研究了石墨烯杂化TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的电化学性能。

通过循环伏安测试、恒流充放电测试等方法，分析了材料的充放电性能、循环稳定性和倍率性能。

石墨烯纳米带的制备与性质研究

石墨烯纳米带的制备与性质研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维材料，由于其独特的物理和化学性质，在能源、电子学、生物学等领域有广泛的应用前景。

而石墨烯纳米带，则被认为是石墨烯的一种重要衍生物，具有更多的应用潜力。

本文将介绍石墨烯纳米带的制备方法和相关研究进展。

一、石墨烯纳米带的制备方法石墨烯纳米带的制备方法通常可以分为自下而上的原子沉积法和自上而下的刻蚀法两种。

原子沉积法是利用分子束外延法通过沉积金属原子或碳原子来制备石墨烯纳米带。

具体方法是将石墨烯基片放在真空室内，用原子束照射基片表面，使金属原子或碳原子在基片表面沉积形成石墨烯纳米带。

这种方法制备的石墨烯纳米带可以实现精确的尺寸和形状控制，但是制备成本较高，只适合小批量生产。

刻蚀法是利用等离子刻蚀或电子束刻蚀的方法来制备石墨烯纳米带。

具体方法是将石墨烯基片放在刻蚀室内，利用刻蚀气体的化学反应将基片表面的石墨烯刻蚀形成石墨烯纳米带。

这种方法制备成本较低，适合大规模生产，但是制备的石墨烯纳米带存在着尺寸、形状和粗糙度方面的不确定性。

二、石墨烯纳米带的电学性质研究由于石墨烯纳米带的尺寸在纳米级别，其电学性质与石墨烯相比具有更大的差异。

以下是目前有关石墨烯纳米带电学性质的研究进展：1. 电导性：石墨烯纳米带的电导性与其宽度和长度有关。

当石墨烯纳米带宽度大于10 nm时，其电导率呈现出与石墨烯相当的特性；当宽度小于10 nm时，电导率呈现出明显的量子限制效应。

2. 能带结构：石墨烯纳米带的能带结构与其宽度和边缘形状有关。

当石墨烯纳米带的宽度小于10 nm时，其能带结构随着带宽的缩小而出现量子禁戒和磁性量子霍尔效应等新的物理现象。

3. 量子点效应：石墨烯纳米带的大小介于石墨烯和量子点之间，因此具有介于两者之间的物理性质。

当石墨烯纳米带的宽度小于5 nm时，由于量子限制效应，其电学性质与量子点较为相似，呈现出半导体性质。

三、石墨烯纳米带的应用前景石墨烯纳米带具有很多潜在的应用前景，以下列举几个：1. 晶体管：石墨烯纳米带可以作为晶体管的替代材料。

石墨烯的制备与应用研究进展

石墨烯的制备与应用研究进展石墨烯，是一种由碳原子以六角型排列构成的一层厚度的二维晶格，可被视为晶体的一种形态。

自2004年被法国物理学家安德烈·盖姆与英国陶瓷学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次发现并提出以来，石墨烯因具有很多优异的性质而备受关注。

一、制备方法目前，石墨烯的制备方法主要有以下几种：1. 机械剥离法：利用胶带（Kapton Tape）或类似材料在石墨上进行往复撕拉，最终得到一层石墨烯。

2. 化学气相沉积法(CVD)：利用化学气相沉积技术，将金属催化剂上的烷烃分子分解成碳原子，并在金属催化剂表面上形成石墨烯片层。

3. 化学还原法：利用石墨氧化物（GO）等碳基物质与还原剂反应，可还原成石墨烯。

4. 溶胶-凝胶法：通过石墨烯的氧化改性和还原，还原的石墨烯往往具有较高的质量和较大的尺寸。

二、应用研究进展由于石墨烯的高导电性、高透明性、高强度、高柔韧性、高导热性等优异特性，石墨烯在电子学、能源、生物医学、纳米材料等众多领域中都有广泛的应用研究。

1. 电子学：石墨烯具有高导电性，被认为是未来电子器件的理想材料之一，例如晶体管、场效应晶体管、超快光电器件等。

此外，石墨烯还可用于导热膜、透明导电膜等。

2. 污水过滤：石墨烯可以选择性的地吸附不同大小的分子，从而对污水中的危害分子进行去除。

此外，石墨烯的高通透率也使得其可用于海水淡化和饮用水净化过程中。

3. 能源：石墨烯可以用于制备超级电容器、锂离子电池等电子存储器件及其它电力系统。

例如，石墨烯电极的容量可以高达800毫安每克，是普通电容器的100倍以上。

4. 生物医学：石墨烯可用于制备检测和治疗生物材料，例如：精确控制可以实现该图像技术，从而可以进行显微观察，从而便于了解生物组织的生理和病理反应。

5. 纳米材料：石墨烯还可以与其它材料复合制备出各种复合材料。

例如，通过将石墨烯和二氧化钛（TiO2）等低成本催化剂复合制备出的复合材料在光催化领域中有很大的应用潜力。

石墨烯基材料的能带调控技术研究进展

石墨烯基材料的能带调控技术研究进展唐利斌;姬荣斌;项金钟【摘要】石墨烯具有一系列特殊的物理和化学性质,因而近年来受到人们的极大关注.然而目前石墨烯在光电子领域的应用尚不广泛,其主要原因是由石墨烯的半金属性决定的,所以将石墨烯由半金属转变为半导体就成为人们关注的一个焦点问题.我们针对石墨烯能带调制问题开展了系统的石墨烯基材料与器件的制备研究,开发了单层、双层石墨烯的CVD制备技术、氧化石墨烯的"Tang-Lau Method"制备技术、石墨烯量子点的微波辅助水热制备技术及软模板制备技术、氯/硫掺杂石墨烯量子点水热制备技术等.系统地研究了制备参数对石墨烯基材料的性质影响,探讨了尺寸效应、掺杂元素等因素对石墨烯基材料能级的影响,成功制备得到了一系列具有半导体性质的石墨烯基材料,并初步探讨了这些材料在光电器件中的应用.我们经过多年的研究,掌握了石墨烯基材料制备的核心技术,并成功建立了一套石墨烯能带调制技术.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(037)011【总页数】9页(P897-905)【关键词】石墨烯;氧化石墨烯;石墨烯量子点;掺杂;能带调制【作者】唐利斌;姬荣斌;项金钟【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明650223;昆明物理研究所,云南昆明650223;云南大学物理科学技术学院,云南昆明650091【正文语种】中文【中图分类】O613.71石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化形式组成的键长为0.142nm的六角型蜂窝状晶格结构二维平面薄膜（图1[1](a)）。

目前可以通过多种方法制备得到石墨烯材料，这其中主要有胶带剥离法[1]（图1(b)、1(c)）、化学气相沉积法[2]、SiC加热法[3]、氧化石墨烯还原法[4]等，这些方法各有优缺点，用途也不尽相同。

石墨烯具有一系列的特殊性质。

它的电学[5]、光学[6]、热学[7]、力学[8]特性目前已显示出其在晶体管[9]、单分子气体探测[10]、集成电路[11]、透明导电电极[12]、生物器件[13]、超级电容器[14]以及力电耦合器[15]等方面的重要潜在应用价值。

石墨烯带隙的调控及其研究进展_蔡乐

第36卷第1期2016年02月物理学进展PROGRESS IN PHYSICSVol.36No.1Feb.2016石墨烯带隙的调控及其研究进展蔡乐，王华平，于贵∗中国科学院化学研究所，北京分子科学国家实验室，北京100190摘要:石墨烯是一种单原子层的二维材料，因其独特的晶格结构而具备十分优越的性能，引起了科学家的广泛关注。

但因其价带与导带相交于狄拉克点，导致石墨烯为没有带隙的半金属，限制了其在纳电子学器件中的应用。

为了打开石墨烯的带隙，研究者们付出了巨大的努力。

在石墨烯中引入带隙的方法包括量子限制法、掺杂法和对称性破缺法，它们分别是将电子限制在一维的石墨烯纳米带中、对石墨烯进行n-型或p-型掺杂以及在双层石墨烯的垂直方向施加外加电场使双层石墨烯的对称性破缺。

本文着重介绍石墨烯纳米带的合成法、石墨烯掺杂的种类和打破双层石墨烯对称性的方法。

关键词:石墨烯；带隙；调控；纳米带；掺杂；双层石墨烯中图分类号：O47文献标识码：A DOI:10.13725/ki.pip.2016.01.002目录I.石墨烯简介21II.石墨烯纳米带22A.切割碳纳米管法221.混酸切割碳纳米管法222.电极切割碳纳米管法233.金属粒子催化裂解碳纳米管法234.等离子体刻蚀碳纳米管法24B.刻蚀石墨烯法241.等离子体刻蚀石墨烯法242.金属粒子辅助刻蚀石墨烯法253.光学刻蚀石墨烯法26C.小分子合成法261.有机合成法262.化学气相沉积法26III.石墨烯的掺杂27A.吸附掺杂281.p-型掺杂282.n-型掺杂29B.晶格掺杂291.n-型掺杂292.p-型掺杂30Received date:2016-01-04*yugui@ IV.对称性破缺法30 V.结论与展望31致谢31参考文献31I.石墨烯简介2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家Geim和Novoselov通过微机械剥离法制备了石墨烯(graphene)[1]，开启了二维纳米材料的新篇章。

《石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及性能研究》范文

《石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及性能研究》篇一摘要：随着纳米科技的发展，石墨烯杂化的金属氧化物纳米材料因其优异的物理和化学性质在能源存储、催化等领域展现出巨大的应用潜力。

本文针对石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料的可控制备、结构调控及其性能进行了深入研究。

通过精细的合成策略和先进的表征技术，探讨了材料的结构与性能之间的关系，为相关领域的应用提供了理论依据和实验支持。

一、引言石墨烯作为一种新型的二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能，其与金属氧化物的复合材料在诸多领域如锂电池、光催化等具有显著的应用价值。

TiO2和Li4Ti5O12作为典型的金属氧化物，在能源存储和转换领域有着广泛的应用。

本文旨在通过可控制备技术，制备出石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料，并对其结构进行调控，以优化其性能。

二、材料制备与结构调控1. 制备方法采用溶胶-凝胶法结合热处理技术，成功制备了石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料。

通过调整溶胶的浓度、石墨烯的掺杂量以及热处理温度等参数，实现了对材料形貌和尺寸的可控制备。

2. 结构调控通过调整石墨烯的掺杂量和热处理条件，实现了对材料微观结构的调控。

利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对材料的结构进行了表征，探讨了不同结构对材料性能的影响。

三、性能研究1. 电化学性能通过对石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料进行电化学性能测试，发现其作为锂电池负极材料时，具有较高的比容量和优异的循环稳定性。

石墨烯的引入有效提高了材料的导电性和锂离子扩散速率，从而改善了材料的电化学性能。

2. 光催化性能在光催化领域，石墨烯杂化的TiO2纳米材料表现出优异的光催化活性。

其能够有效地吸收和利用太阳能，将光能转化为化学能，提高了光催化反应的效率和稳定性。

四、结论本文通过可控制备技术，成功制备了石墨烯杂化的TiO2和Li4Ti5O12纳米材料，并对其结构进行了调控。

石墨烯材料的制备与性能调控

石墨烯材料的制备与性能调控石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体，具有极高的导电性、热导性、机械强度及化学稳定性，是一种极具发展前景的新型材料。

如何制备高质量的石墨烯，并对其性能进行调控，是目前石墨烯研究的热点之一。

一、石墨烯的制备方法目前制备石墨烯的方法有多种，如机械剥离法、化学气相沉积法、热化学气相沉积法、还原氧化石墨烯法、化学还原法等。

其中，机械剥离法是比较早期的石墨烯制备方法之一，通过用胶带等工具将石墨粉末上剥离单层石墨烯。

这种制备方法虽然简单，但是有很大的局限性，无法制备大面积的高质量石墨烯。

近年来，热化学气相沉积法、化学还原法等制备方法越来越受到重视。

热化学气相沉积法是利用热化学反应，沉积在基底上的前驱体热解生成石墨烯。

这种方法能够制备大尺寸、高质量、均一性好的石墨烯，但是需要高温高压下进行反应，成本较高。

化学还原法是将氧化石墨烯还原成石墨烯，是一种简单易行、成本相对较低的方法。

然而，化学还原过程中会产生大量的缺陷和杂质，对石墨烯的性能影响较大。

二、石墨烯的性能调控石墨烯具有优异的性能，但是也存在一些不足之处。

通过改变石墨烯的结构、形态等，可以进一步调控其性能，拓展其应用领域。

1. 修饰石墨烯表面将石墨烯表面进行功能化改性，可以使其具有不同的化学性质和表面电荷，进一步开发其在能源、光催化、传感等方面的应用。

2. 制备石墨烯复合材料将石墨烯与其他材料复合，可以充分发挥其性能优势，制备出具有特定功能的材料。

如石墨烯纳米片与聚合物复合，可以增强聚合物的力学强度和导电性能，制备出高性能聚合物复合材料。

3. 结构调控通过改变石墨烯的层数、形态等，可以更好地控制其性能。

多层石墨烯具有比单层石墨烯更好的机械强度和导电性能，可以作为柔性电子器件、储能材料等方面的应用。

而通过采用不同的方法制备出不同形态的石墨烯，如泡沫状、多孔状、纳米带状、纳米管状等，可以扩展其在光电材料、生物医药、分离纯化等领域的应用。

石墨烯的制备和性能调控技术

石墨烯的制备和性能调控技术近年来，石墨烯作为一种全新的二维纳米材料引起了广泛的关注。

它由碳原子通过特殊的化学键连接而成，具有许多优异的性能和潜在应用。

石墨烯的制备和性能调控技术对于其应用的推广和发展至关重要。

石墨烯的制备技术主要可以分为“自上而下”和“自下而上”两种方法。

自上而下的方法包括机械剥离法和化学气相沉积法。

机械剥离法是利用胶带或刀片等工具对石墨进行刮削或剥离，将石墨片剥离到单原子层厚度。

虽然这种方法简单易行，但是却很难得到大面积的石墨烯单层。

化学气相沉积法是将金属或者其他基底上沉积一层碳源，然后通过控制温度和气氛等条件使碳源形成石墨烯薄层。

这种方法可以获得大面积、高质量的石墨烯。

自下而上的方法主要包括化学还原和物理气相沉积。

化学还原法是通过还原剂将氧化石墨烯或石墨氧化物转化为石墨烯。

这种方法成本低廉，可以制备大规模的石墨烯，但是对石墨烯的结构和性能有一定的影响。

物理气相沉积法是将碳源蒸发在金属基底上，然后通过控制温度和气氛等条件使碳源形成石墨烯。

这种方法制备的石墨烯具有高度的晶体性和均匀的结构，但是成本较高。

除了制备技术，石墨烯的性能调控技术也是非常重要的。

石墨烯的性能调控可以通过改变其结构或者与其他材料的复合来实现。

一种常用的性能调控方法是将石墨烯与其他材料构成复合材料。

例如，将石墨烯与金属或半导体纳米颗粒复合可以调节石墨烯的电学、热学和光学性能。

此外，将石墨烯与有机物或聚合物复合也可以调控其力学性能和界面活性。

此外，还可以通过改变石墨烯的形貌和尺寸来调控其性能。

例如，将石墨烯剥离成纳米带或纳米条可以增强其电学性能；通过应变或弯曲石墨烯可以改变其电学和力学性能。

此外，还可以通过氧化、氟化等化学处理来调控石墨烯的性能。

氧化石墨烯可以在其表面引入羟基或羧基等官能团，从而使其具有氧化还原、化学催化等性能。

总之，石墨烯的制备和性能调控技术对其应用具有重要的意义。

未来，随着石墨烯技术的进一步发展，相信石墨烯的应用前景将更加广阔。

石墨烯的制备研究进展

石墨烯的制备研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，凭借其独特的物理和化学性质，引起了全球科研人员的广泛关注。

石墨烯具有优异的导电性、超高的热导率、强大的力学性能和独特的量子霍尔效应等特点，使得其在新能源、电子信息、生物医学等多个领域展现出巨大的应用潜力。

然而，石墨烯的制备技术一直是制约其大规模应用的关键因素。

因此，本文旨在全面综述石墨烯的制备研究进展，分析各种制备方法的优缺点，展望未来的发展趋势，以期为推动石墨烯的产业化进程提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了石墨烯的基本结构和性质，为后续制备方法的讨论奠定基础。

接着，详细阐述了石墨烯的主要制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延生长法等，并对每种方法的原理、操作步骤和所得石墨烯的质量进行了深入剖析。

本文还讨论了石墨烯制备过程中的关键问题，如如何控制石墨烯的层数、尺寸和形貌，如何提高石墨烯的产率和纯度等。

在综合分析各种制备方法的基础上，本文探讨了石墨烯制备技术的发展趋势，包括制备方法的创新、生产成本的降低、大规模制备技术的实现等。

本文也指出了石墨烯制备领域面临的挑战，如如何进一步提高石墨烯的性能、如何实现石墨烯的可控制备等。

本文总结了石墨烯制备研究的最新进展，展望了石墨烯在未来各个领域的应用前景，以期激发更多科研人员投身于石墨烯制备技术的研发和创新，推动石墨烯产业的快速发展。

二、石墨烯的制备方法概览石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电学、热学和力学性能，吸引了全球科研人员的广泛关注。

其制备方法多样，涵盖了物理法、化学法以及生物法等多种手段。

物理法主要包括机械剥离法、外延生长法和化学气相沉积法。

机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其通过利用胶带对石墨进行反复剥离，得到单层或多层的石墨烯。

外延生长法则是在单晶衬底上通过高温热解碳化硅得到石墨烯。

石墨烯的制备及相关器件的研究

石墨烯的制备及相关器件的研究一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。

其出色的电导性、高热导率、高强度以及良好的化学稳定性，使得石墨烯在电子器件、能源存储、传感器、生物医学等多个领域具有广阔的应用前景。

本文旨在深入探讨石墨烯的制备方法，以及石墨烯在各类器件中的应用和研究进展。

本文将详细介绍石墨烯的几种主要制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等，并分析各种方法的优缺点。

随后，文章将重点关注石墨烯在电子器件领域的应用，如石墨烯场效应晶体管、石墨烯透明导电膜等，以及在这些器件中石墨烯所表现出的独特性能和潜在优势。

本文还将探讨石墨烯在能源存储、传感器和生物医学等领域的应用和研究现状，展望其未来的发展方向。

通过本文的综述，希望能够为科研工作者和相关领域从业者提供关于石墨烯制备及其器件研究的全面、深入的理解，促进石墨烯及其相关技术的进一步发展和应用。

二、石墨烯的制备方法石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，自2004年被科学家首次制备以来，其独特的物理和化学性质引起了广泛的关注。

由于其出色的电学、力学和热学性能，石墨烯在能源、电子、生物医学等领域具有巨大的应用潜力。

为了充分发掘这些潜力，研究者们开发了多种石墨烯的制备方法。

机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法，也是最早发现石墨烯的方法。

该方法利用胶带对石墨进行反复粘贴和剥离，直到得到单层或少层的石墨烯。

这种方法的优点是操作简单，可以得到高质量的石墨烯，但其缺点也很明显，即产率极低，无法满足大规模生产的需求。

化学气相沉积法是目前制备大面积、高质量石墨烯最常用的方法之一。

该方法以含碳有机物为碳源，在高温条件下，通过催化剂的作用，使碳源分解并在基底上沉积形成石墨烯。

通过控制沉积条件和催化剂的种类，可以实现对石墨烯层数、尺寸和形貌的精确调控。

石墨烯制备与带隙调控的研究进展

石墨烯制备与带隙调控的研究进展*焦小亮,张悦炜,何潺,徐剑峰,杨靖霞,洪樟连(浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江大学材料科学与工程学系,杭州310027)摘要石墨烯的独特结构和性能使其在纳米电子、半导体器件等领域中的研究成为热点课题。

综述了石墨烯的结构特性及制备方法,重点评述了石墨烯带隙调控的方法及其原理,概括了各种方法可实现的带隙调节范围及研究现状,并介绍了半导体石墨烯在纳米电子器件上的应用前景,提出今后值得关注的研究方向。

关键词石墨烯半导体禁带宽度带隙调控纳米电子器件Recent Progress in Preparation and Band -gap Modulation of GrapheneJIAO Xiaoliang,ZH ANG Yuew ei,HE Chan,XU Jianfeng ,YANG Jingx ia,H ONG Zhanglian(State Key Labor ator y o f Silico n M ateria ls,Department of M aterials Science and Engineering ,Zhejiang U niversit y,H angzhou 310027)Abstract Gr aphene,w ith its unique st ructur e and pr operties,has become a hot to pic in t he r esear ch of nano -electro nics,semico nducto r dev ices and so on.T he propert ies and preparatio ns of g raphene ar e summarized,and the fo -cus is placed on the manipulatio n o f t he bandgap of g rephene.Different manipulating met ho ds and their cor responding principles are specified,and the research status of v ario us metho ds,especially the tunable range o f the g raphene bandgap are summarized.T he application prospects o f gr aphene w ith tunable g ap which related to nano -electr onic de -vice are intr oduced.F inally,trends for futur e research and dev elo pment are pro po sed.Key words g raphene,semico nduct or,band gap,band g ap manipulation,nano -electr onic dev ice*国家自然科学基金(51072180);硅材料国家重点实验室开放基金(SK L2009-14)焦小亮:男,1989年生,硕士研究生,从事无机光电功能材料研究 E -mail:jiaox iao liang 1989@126.co m 洪樟连:通讯作者,男,副教授,博士生导师,从事无机功能复合材料研究 E -mail:hong_zhang lian@0 引言石墨烯(Graphene)是一种新型二维平面结构碳材料。