石墨烯的功能化研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究背景石墨烯是一种二维晶格结构的碳原子薄膜，由于其独特的物理、化学和力学性质，被认为是一种具有巨大潜力的新型材料。
石墨烯具有极高的导热性、机械强度和化学稳定性，因此在材料科学领域备受关注。
铝及其合金由于具有较低的密度和良好的加工性能，在航空航天、汽车工业等领域有着广泛的应用。
传统铝材料在强度和硬度方面存在一定局限性。
为了克服传统铝材料的缺点，研究者们开始探索引入石墨烯来增强铝基复合材料。
石墨烯的加入不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以优化其导热和电导特性。
石墨烯增强铝基复合材料成为当前研究的热点之一。
通过将石墨烯与铝基材料进行复合，可以有效提高材料的强度、硬度和耐磨性，同时减轻材料的重量，提高材料的导热性能。
石墨烯增强铝基复合材料被认为具有广阔的应用前景，对于推动材料科学领域的发展具有重要意义。
【字数：220】1.2 石墨烯在材料科学中的应用潜力1. 电子器件：石墨烯具有优异的电子输运性能，高载流子迁移率和高电导率，使其成为理想的电子器件材料。
石墨烯可以应用于场效应晶体管、光电探测器、透明导电膜等领域，为电子器件的性能提升提供了新的可能性。
3. 柔性电子：由于石墨烯的柔韧性和透明性，可将其应用于柔性电子领域，如柔性显示器、柔性传感器、可穿戴设备等。
石墨烯材料的应用为柔性电子产品带来了更广阔的发展空间。
石墨烯在材料科学中的应用潜力巨大，其优异的性能和特殊的结构使得其可以在多个领域发挥重要作用，推动材料科学的发展和创新。
对石墨烯的研究不仅有助于拓展其应用领域，还将促进整个材料科学领域的进步和发展。
2. 正文2.1 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、粉末冶金、湿法涂覆、化学气相沉积以及熔体混合等几种方法。
机械合金化是其中一种常用的方法，通过球磨或挤压将石墨烯与铝粉进行混合，使二者在微观层面有所聚集和弥散，从而增加界面结合强度。
石墨烯材料在化学催化中的应用研究
石墨烯材料在化学催化中的应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构，具有出色的导电性和热导性，被广泛认为是一种具有巨大应用潜力的材料。
在过去的几年里，石墨烯在化学催化领域引起了广泛的关注和研究。
本文将探讨石墨烯材料在化学催化中的应用研究。
首先，石墨烯作为一种催化剂载体具有独特的优势。
由于其高度可调控的结构和表面特性，石墨烯可以作为催化剂的载体，提供更大的活性表面积和更好的反应条件。
石墨烯的高度导电性和热导性还可以促进反应的进行和传递，提高催化剂的效率。
因此，石墨烯被广泛应用于各种催化反应中，如氧气还原反应、氢氧化反应等。
其次，石墨烯本身也具有良好的催化性能。
石墨烯的特殊结构使其具有丰富的活性位点和较大的表面积，这些特性使得石墨烯具有出色的催化性能。
石墨烯可以用作催化剂，催化各种有机反应，如氧化、还原、羰基化等。
此外，石墨烯还可以通过调控其结构和表面性质来改变其催化性能，进一步提高其催化活性和选择性。
另外，石墨烯的复合材料也在化学催化中发挥着重要作用。
通过将石墨烯与其他材料进行复合，可以进一步提高催化剂的性能。
例如，石墨烯与金属纳米颗粒的复合材料可以用作高效的催化剂，用于氧化还原反应和有机合成等。
石墨烯与金属氧化物的复合材料也被广泛应用于催化氧化反应和光催化反应中。
这些复合材料不仅具有石墨烯的导电性和热导性，还具有其他材料的特性，从而实现了催化剂性能的进一步提升。
此外，石墨烯还可以通过功能化改性来增强其催化性能。
通过在石墨烯表面引入不同的官能团，可以调控其化学性质和表面活性，从而实现对催化反应的调控。
例如，将石墨烯与氮掺杂剂功能化，可以提高其催化氧还原反应的活性和选择性。
将石墨烯与硫掺杂剂功能化，则可以用于催化氢氧化反应等。
这些功能化改性的石墨烯材料在化学催化中具有广阔的应用前景。
总之，石墨烯材料在化学催化中具有广泛的应用潜力。
作为催化剂载体、催化剂本身或复合材料的组成部分，石墨烯都能够发挥出色的催化性能。
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、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分离以来，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。
石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。
本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。
我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。
随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。
本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。
石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。
石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。
因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。
石墨烯具有极低的摩擦系数。
研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。
这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。
因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。
然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。
例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的强度、导电性和导热性，并且具有非凡的物理和化学性质。
自2004年以来，石墨烯的相关研究一直是材料科学领域中最具活力和发展潜力的研究之一。
本文将就石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展进行探讨。
一、石墨烯的物理性质1.导电性石墨烯具有出色的导电性，是迄今为止最佳的导电材料之一。
由于本构结构的特殊性质，石墨烯具有强大的电子传输能力，使其能够实现高速电子传输，并在电子器件中发挥重要作用。
2.强度和刚度石墨烯是一种具有极高强度和刚度的材料。
其平均强度是钢铁的200倍，因此具有非常高的抗压和抗拉能力。
这些特性使它成为未来材料发展领域的热点之一。
3.热导率石墨烯具有极高的热导率，是钻石的几倍，挑战了经典Fourier热传导定律，该定律无法解释石墨烯非常显著的热导率。
这使得石墨烯成为热传导性能研究的热点对象。
二、石墨烯的化学性质1.化学反应性石墨烯在氧化、硝化、氢化等化学反应中表现出良好的反应性。
例如，氧化后的石墨烯可以制成石墨烯氧化物，具有比石墨烯更好的导电性和导热性，并有望在透明导电膜、电存储器以及生物传感器等领域得到广泛应用。
2.表面功能化石墨烯表面的化学修饰可以改变其表面特性，如润湿性、分散性和反应活性，增强其化学可用性。
例如，将石墨烯表面修饰为羟基、胺基、硫基等功能化基团后，能够制备出更优异的光催化材料，并在光催化分解有机污染物等方面有着广泛应用。
三、石墨烯的应用前景1.电子器件由于石墨烯具有卓越的导电性能，所以它被广泛应用于电子器件领域。
例如，石墨烯晶体管、柔性电子器件、透明导电膜等都是石墨烯电子器件的典型应用之一。
2.能源材料石墨烯在能源材料领域的应用十分广泛，如锂离子电池、超级电容器、电催化等。
例如，石墨烯锂离子电池的电极材料可以大大提高电池的能量密度和循环性能，在电动车、移动设备等方面得到广泛应用。
3.光电材料石墨烯在光电材料领域的应用也越来越受到关注，如光催化材料、透明导电膜、光电探测器等。
硅烷功能化石墨烯的研究进展
1 硅烷共价键功能化石墨烯
石墨烯的共价修饰是基于氧化石墨烯边缘含 有羧基，石墨烯结构内部含有环氧基、羟基等活 性官能团实现的。因此可以利用多种化学反应， 在石墨烯表面引入许多具备特定功能的物质，进 一步功能化石墨烯。
Y. Zhang 等人研究了硅烷功能化石墨烯含 量对硅橡胶机械性能的影响，进一步探究了改性 石墨烯对硅橡胶机械性能的增强机理。结果表 明，功能化石墨烯在硅橡胶中的质量分数为 3% 时，其杨氏模量提高了 71%［9］。硅烷功能化石 墨烯通过共价键可与硅橡胶键接，提高了石墨烯 在硅橡胶中的分散性和稳定性，解决了石墨烯与 硅橡胶的不相容性问题。另外，KH 550 改性的 氧化石墨烯在与聚氯乙烯共混时，在一定程度上 增强了石墨烯片在聚氯乙烯基体树脂中的分散 性，提高了 聚 氯 乙 烯 材 料 的 阻 燃 性 和 热 稳 定 性［10］。
H. F. Yang 等人利用 γ －氨丙基三乙氧基硅 烷 （ KH 550） 与氧化石墨烯表面的环氧基和羟 基等官能团进行反应，得到了硅烷共价修饰的石
墨烯 （ 图 1） ，提高了石墨烯在有机溶剂以及在 聚合物基质中的分散性。该功能化石墨烯在硅树 脂中的质量分数为 0. 1% 时，硅树脂的压缩强度 与韧性分别提高了 19. 9%与 92%［8］。
摘要： 结合目前国内外的研究现状，从硅烷共价键功能化法与硅烷非共价键功能化法两个方面，综述 了硅烷功能化石墨烯的研究进展和重要研究结果，并对硅烷功能化石墨烯的发展作了展望与预测。
石墨烯化学改性及其应用研究
石墨烯化学改性及其应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的平面六角形结构的材料，它具有很高的机械强度、热导率和导电率，被认为是一种前景广阔的新型材料。
然而，石墨烯的应用受到其在化学稳定性和生物相容性方面的限制。
为了解决这些问题，石墨烯化学改性被广泛研究。
一、石墨烯化学改性方法石墨烯的化学稳定性可以通过在其表面引入化学官能团来增强。
通常使用的方法有氧化、烷基化和芳基化等。
1. 氧化改性：氧化是最常用的化学改性方法之一，可以通过暴露石墨烯在有机溶剂和强氧化剂下，例如硝酸和过氧化氢，来引入氧化官能团。
氧化石墨烯（GO）的羟基、羧基和酮基等官能团可以提高其在水中的分散性，并可用于制备复合材料和高性能纳米电子器件。
2. 烷基化改性：烷基化是通过与自由基或亲电试剂反应来在石墨烯表面引入烷基官能团。
例如，用溴代烷或卤代乙酸盐可以在石墨烯表面引入烷基官能团，增加了其与有机分子的相容性。
3. 芳基化改性：芳基化包括用芳香族化合物进行反应或热解。
通过用过渡金属催化剂催化石墨烯和芳香族化合物的反应，可以在石墨烯表面引入芳基官能团，增加其化学反应性和电学性质。
二、石墨烯化学改性应用的研究进展通过石墨烯化学改性，可以实现对其物理和化学性质的精确调控，从而扩大其应用范围。
1. 生物医学应用研究石墨烯化学改性后的材料具有更好的生物相容性和生物可降解性。
例如，氧化石墨烯经过PEG化改性后可以在体内通过肝脏进行有效降解。
将石墨烯氧化物与生物大分子（如DNA、蛋白质）进行配合，可以用于有效地传递DNA和制备纳米载药系统，具有很好的药物控释效果。
2. 电子和储能应用研究石墨烯经过化学改性后可以用于制备新型的电子和储能器件。
例如，将石墨烯氧化物与其他功能性纳米材料（如金属纳米粒子和碳纳米管）进行配合，制备出复合材料，可用于电池、超级电容器和光电催化剂等领域。
同时，将石墨烯表面修饰具有机功能分子可以增强其在电路中的性能和稳定性。
3. 其他应用研究石墨烯经过化学改性之后，还可以用于各种领域。
石墨烯在聚合物改性中的研究进展
石墨烯在聚合物改性中的研究进展一、石墨烯的结构特点石墨烯是由一层层的碳原子按照六角形的结构排列而成，形成了具有二维结构的材料。
石墨烯的晶格结构非常稳定，同时也呈现出了许多独特的性质。
石墨烯具有极高的导电性和热导性，是现有材料中最好的导电材料之一；石墨烯具有超高的拉伸强度和模量，是目前已知的最强硬的材料之一；石墨烯还具有极大的比表面积，对气体、溶液中的分子具有很强的吸附能力。
这些独特的结构特点赋予了石墨烯在聚合物改性中独特的优势和应用价值。
二、聚合物改性的技术手段1. 石墨烯增强聚合物复合材料的制备2. 石墨烯改性聚合物的界面调控石墨烯与聚合物之间的界面相互作用对于复合材料的性能起着至关重要的作用。
研究人员通过对石墨烯进行化学修饰，改善了石墨烯与聚合物的相容性，使其能够更好地与聚合物基体相互作用。
也有研究表明，通过在石墨烯表面引入功能化基团，可以提高石墨烯与聚合物的结合强度和界面附着力，从而有效地提升复合材料的性能。
3. 石墨烯的多功能应用除了作为填料材料外，石墨烯本身也具有多种功能，如光学、电磁、生物等功能。
研究人员还将石墨烯与其他功能性材料相结合，制备出了具有多种功能的石墨烯复合材料，如石墨烯纳米复合薄膜、石墨烯导电材料、石墨烯生物医用材料等。
这些多功能复合材料在光电子器件、生物医学领域等方面都具有广阔的应用前景。
四、研究现状及展望目前，石墨烯在聚合物改性领域的研究已经取得了许多重要的成果，但也面临着一些挑战。
石墨烯的制备和处理技术仍然比较复杂和昂贵，需要进一步降低成本，提高产量；石墨烯与聚合物的界面相容性和相互作用机制还不够清晰，需要进一步深入研究；石墨烯在复合材料中的应用还存在一些问题，如在工程应用中的大规模制备、稳定性和耐久性等方面需要进一步完善。
展望未来，随着石墨烯在聚合物改性中的研究逐渐深入，相信石墨烯基聚合物复合材料将会得到进一步的发展和应用。
未来的研究方向主要包括：石墨烯的大规模制备技术、石墨烯与聚合物的界面调控技术、石墨烯复合材料的性能优化等方面。
功能化石墨烯的制备及应用
功能化石墨烯的制备及应用石墨烯是一种由碳原子组成的一层厚的二维结构材料，具有高导电性、高导热性、超高比表面积、良好的机械性能和化学稳定性等优异特性，因而成为材料领域研究的热点和前沿。
为了实现石墨烯的工业化应用，需要针对其性质进行各种功能化修饰。
因此，本文将着重讨论以石墨烯为原材料的功能化修饰技术和应用。
一、石墨烯的制备技术石墨烯的制备技术可以分为机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法、物理气相沉积法和氧化石墨烯还原法等多种方法，其中机械剥离法和化学气相沉积法的应用最为广泛。
机械剥离法是将石墨材料通过力学剥离的方式制备石墨烯。
这种方法成本低廉，制备出的石墨烯品质较好，但是缺点也很明显，即杂质杂质多，生产成本高。
化学气相沉积法是利用金属或者金属化合物的催化作用，在高温的条件下将碳源分子分解产生石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量较好，生产效率也比较高，但是都要在特定高温高压及真空的条件下进行，对设备和技术要求较高。
二、石墨烯的功能化修饰技术石墨烯的功能化修饰主要是指针对石墨烯表面进行不同的化学修饰，以改变石墨烯的物理、化学性质。
主要包括氧化、还原、功能化、掺杂等多种方法。
1. 氧化石墨烯：将石墨烯表面的碳与氧作用结合，形成氧化石墨烯。
石墨烯的氧化可以在其表面形成和羟基、羧基、酮基等官能团，可以提高石墨烯与其他化学物质的响应性，也降低了其电导率。
氧化石墨烯的制备简单，但是对于石墨烯的电导性能和结构有一定的影响。
2. 还原石墨烯：将氧化石墨烯进行还原，可以恢复石墨烯的电学性质。
还原石墨烯还可以在石墨烯表面引入被还原的杂原子，进而实现对石墨烯各种性质的修饰。
3. 功能化石墨烯：通过引入不同的官能团和分子可以实现石墨烯的功能化。
功能化的目的是在石墨烯的表表面引入各种化学结构，改变石墨烯的性质，如增强机械性能、改变热学性质等。
常用官能团有COOH、OH、NH2等。
4. 掺杂石墨烯：通过引入异型原子或者化合物到石墨烯中实现对石墨烯的掺杂修饰，进而改变其电学性质、光学性质、磁学性质等。
石墨烯与生物医学应用的研究进展
石墨烯与生物医学应用的研究进展石墨烯是近年来备受关注的一种新型材料，它由一层厚度非常薄的碳原子构成，因为其惊人的物理和化学性质，它被认为是一种革命性的材料。
石墨烯具有高强度、高导电性、高热导性、超薄和透明等特性，已被广泛研究和应用于许多领域，包括生物医学领域。
本文将阐述石墨烯在生物医学应用领域的研究进展和应用前景。
一、石墨烯在生物医学中的应用石墨烯在生物医学中的应用主要有两个方面：诊断和治疗。
1. 诊断应用石墨烯可以作为一种高灵敏度的检测器，可以用于诊断和监测疾病。
例如，在血液中检测癌症标志物等生物分子，这对于早期癌症的筛查和监测是非常重要的。
另外，石墨烯还可以用于制备纳米传感器，这是一种使用纳米级别的材料来检测和传递信号的设备。
石墨烯纳米传感器可以用于检测细菌、病毒和其他生物分子的存在，从而起到诊断作用。
2. 治疗应用石墨烯也可以用于生物医学领域的治疗。
目前，石墨烯在癌症、心脑血管疾病和神经退行性疾病等方面的治疗应用正受到越来越多的关注。
例如，在癌症治疗方面，石墨烯可以作为一种载体来输送化疗药物或放射性同位素到肿瘤部位，从而实现精准治疗。
此外，石墨烯还可以被用来研究癌症的生物学机制，为癌症治疗提供更多的思路。
在心脑血管疾病的治疗方面，石墨烯也有着广泛的应用前景。
石墨烯可以用来制备可移植的血管支架和人工心脏瓣膜等器械。
在神经退行性疾病的治疗方面，石墨烯也有着显著的效果。
石墨烯可以促进神经细胞的再生和修复，同时减轻疼痛和炎症反应，对于治疗阿尔茨海默症、帕金森氏病等疾病有很大的帮助。
二、石墨烯的特性在生物医学领域中的应用石墨烯在生物医学领域的应用得到了广泛的认可，这主要是由于其独特的物理和化学特性。
1. 高度可调和可控石墨烯可以通过化学修饰或结构设计来调节其形状和功能。
这种可控性使得石墨烯在生物医学领域中的应用得到了很大的发展。
例如，石墨烯衍生物可以通过化学修饰，在不影响其结构完整性的前提下，改变其亲水性和亲油性，从而广泛用于生物医学方面的应用。
石墨烯的功能化改性及应用研究
石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。
自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。
然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。
因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。
功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。
改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。
通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。
氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。
还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。
官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。
这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。
共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。
经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。
在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。
在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。
在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。
功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。
尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。
功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。
石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。
石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。
本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。
通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。
石墨烯研究总结报告(一)
石墨烯研究总结报告（一）引言概述:石墨烯作为一种新型二维材料，具有出色的电子、光学和力学性能，引起了广泛的研究兴趣。
本文通过梳理相关文献，对石墨烯的研究进展进行总结，以期为石墨烯的应用开发和进一步研究提供参考。
正文：一、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法2. 化学气相沉积法3. 液相剥离法4. 氧化石墨烯还原法5. 其他新型制备方法的研究进展二、石墨烯的物理性质研究1. 石墨烯的带电输运性质2. 石墨烯的光学特性3. 石墨烯的力学性能4. 石墨烯的热导率研究5. 石墨烯的磁性研究三、石墨烯的化学功能化1. 石墨烯的表面修饰\ta. 按照种类分类\tb. 按照表面修饰方法分类2. 石墨烯复合材料的研究进展\ta. 石墨烯在聚合物复合材料中的应用 \tb. 石墨烯在金属基复合材料中的应用 \tc. 石墨烯在陶瓷基复合材料中的应用四、石墨烯的生物应用研究1. 石墨烯在生物传感器中的应用\ta. 生物传感器制备方法研究\tb. 石墨烯在DNA传感器中的应用\tc. 石墨烯在蛋白质传感器中的应用2. 石墨烯在药物传输和治疗中的应用\ta. 载药石墨烯的制备方法\tb. 石墨烯在癌症治疗中的应用\tc. 石墨烯在抗菌治疗中的应用五、石墨烯的应用前景展望1. 石墨烯在电子器件中的应用前景2. 石墨烯在能源领域中的应用前景3. 石墨烯在环境保护中的应用前景4. 石墨烯在医疗领域中的应用前景5. 石墨烯在材料领域中的应用前景总结：通过对石墨烯的制备方法、物理性质研究、化学功能化以及生物应用研究的详细梳理，我们可以看出石墨烯具有广泛的应用潜力。
虽然石墨烯的应用仍面临一些挑战，但可以预见，随着研究的深入和技术的进步，石墨烯将在各个领域发挥重要作用，并成为未来材料研究的热点之一。
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性
通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性一、本文概述随着科学技术的不断发展，石墨烯和氧化石墨烯这两种二维纳米材料因其独特的物理和化学性质，在能源、生物医学、电子器件等领域展现出广阔的应用前景。
然而，原始的石墨烯和氧化石墨烯往往缺乏足够的反应活性或功能基团，限制了其在某些特定领域的应用。
因此，对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性，以引入所需的反应活性或功能基团，已成为当前研究的热点。
“点击化学”作为一种高效、高选择性的合成方法，具有反应条件温和、产物纯度高、操作简便等优点，为石墨烯和氧化石墨烯的功能化改性提供了新的途径。
本文旨在探讨通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性的方法及其潜在应用。
我们将介绍“点击化学”的基本原理，概述石墨烯和氧化石墨烯的基本性质，分析功能化改性的必要性，并重点讨论利用“点击化学”进行功能化改性的具体策略、实验步骤以及改性后材料性能的表征方法。
我们将展望石墨烯和氧化石墨烯功能化改性在各个领域的应用前景，以期推动相关领域的研究和发展。
二、石墨烯和氧化石墨烯的制备在探讨如何通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性之前，首先需要理解如何制备这两种关键的碳纳米材料。
石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，其制备通常涉及从石墨中剥离出单层碳原子。
最常用的制备方法是机械剥离法，即通过使用胶带反复剥离石墨表面，直到获得单层石墨烯。
化学气相沉积（CVD）法也是制备大面积石墨烯的有效方法，它通过在高温下分解含碳气体，使碳原子在金属基底上沉积形成石墨烯。
而氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）则是石墨烯的氧化形式，其制备通常通过化学氧化石墨的方法实现。
最常用的氧化剂包括高锰酸钾（KMnO4）和浓硫酸（H2SO4）。
在这个过程中，石墨被氧化，形成带有含氧官能团（如羧基、羟基和环氧基）的氧化石墨烯。
这些官能团赋予了氧化石墨烯更好的亲水性和可加工性，使其在生物医学、能源储存和转换等领域有广泛的应用前景。
功能化石墨烯的制备及应用研究进展
功能化石墨烯的制备及应用研究进展杨程;陈宇滨;田俊鹏;郝思嘉【摘要】石墨烯以其优异的物理化学性能,近年来受到了学术和产业界的广泛关注.将石墨烯进行功能化,可改善石墨烯的分散性,并且能根据需求对石墨烯的物理化学性能进行针对性地优化,因而赋予石墨烯更广泛的用途,因此,功能化石墨烯成为石墨烯研究领域的热点之一.综述功能化石墨烯的最新进展,从共价结合和非共价结合两个方面阐述了其制备的方法,叙述近年来功能化石墨烯在复合材料、储能材料、光电材料、催化材料、环境净化、生物及传感材料等领域的应用研究进展.总结出功能化石墨烯的特点,即大多数活性基团搭载到石墨烯的表面上都能活跃地展现其应用性能.功能化石墨烯未来的研究方向主要是判定和控制石墨烯表面引入功能化物质的量的“定量”问题和精确在石墨烯表面选择功能化的位点并进行精细化学结构设计的“定位”问题..【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】17页(P40-56)【关键词】石墨烯;功能化石墨烯;共价修饰;非共价修饰;应用研究【作者】杨程;陈宇滨;田俊鹏;郝思嘉【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB34石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化互相形成平面共价键而组成的蜂窝状单层碳结构，也是众多纳米碳结构例如富勒烯、碳纳米管的基本结构单元[1]。
自2004年被Geim等成功制备以来，石墨烯以极高的机械强度、载流子迁移率和电导率、热导率、透光率、化学稳定性等特性[2-4]，成为近年来的明星材料，受到学术和产业界的广泛关注[5-7]。
然而，与这些无与伦比的性能相对，在生产和生活中实际应用的石墨烯材料所需要的性能则是多种多样的。
例如，石墨烯是一种理论比表面积可达2630 m2/g的材料，在表面化学、吸附等领域具有极大的应用潜力。
石墨烯的功能化及其相关应用
石墨烯的功能化及其相关应用一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的电子、热学和机械性能，引起了全球科研人员的广泛关注。
由于其具有超高的电子迁移率、超强的导热性和极高的力学强度，石墨烯被誉为“黑金”，并有望引领新一轮的工业革命。
本文旨在深入探讨石墨烯的功能化方法，以及这些功能化后的石墨烯在各个领域的应用前景。
我们将从石墨烯的基本性质出发，详细阐述其功能化的基本原理和技术手段，包括化学修饰、物理掺杂等。
随后，我们将对石墨烯在能源、电子、生物医学、复合材料等领域的应用进行详细介绍，并分析其潜在的市场价值和挑战。
我们将对石墨烯功能化及其应用的未来发展趋势进行展望，以期能为相关领域的科研工作者和从业人员提供有益的参考和启示。
二、石墨烯功能化的方法石墨烯作为一种二维碳纳米材料，拥有出色的电学、热学和力学性能，这使得它在多个领域具有广泛的应用前景。
然而，原始石墨烯的化学稳定性较高，与大多数溶剂和分子的相容性较差，这限制了其在实际应用中的使用。
因此，对石墨烯进行功能化修饰，以提高其与其他材料的相容性和稳定性，成为了石墨烯研究领域的重要方向。
目前，石墨烯的功能化方法主要包括共价键功能化和非共价键功能化两大类。
共价键功能化是通过化学反应将官能团或分子共价连接到石墨烯的碳原子上。
这种方法可以精确控制石墨烯的化学性质，实现对其电子结构和性质的调控。
常见的共价键功能化方法包括重氮反应、环加成反应和自由基加成反应等。
通过这些方法，可以在石墨烯上引入羟基、羧基、氨基等官能团，从而改善其在溶剂中的分散性和与其他材料的相容性。
非共价键功能化则是通过物理相互作用，如π-π堆积、静电作用、氢键等，将分子或聚合物吸附到石墨烯表面。
这种方法不需要破坏石墨烯的碳碳共价键，因此可以在保持石墨烯原有性质的基础上，实现对其功能的拓展。
常见的非共价键功能化方法包括π-π堆积作用、表面活性剂包裹和聚合物吸附等。
石墨烯的功能化研究进展
基等 ， 因此可 以利 用多 种化 学反应 对其 进行共 价键 改 性 。从所 用 的改性 剂 可 以将 共 价键 功 能 化分 为 有 机
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ａ ｈ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ
ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｅ ｄ ｈ ｅ ｒ ｅ ． Ｍｅ ａ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒａ ｇ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ａ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ａ ｓ ｗｅ ｌ １ ．
第２ ７卷 第 ８期 ２ ０ １ ３年 ８月
化工 时刊
Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｔｉ ｍｅ ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ７， Ｎｏ ． ８ Ａｕ ｇ ． ８． ２ ０ １ ３
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—１ ５ ４ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ １ ２
之在 世界 范 围 内形 成 了研 究 石 墨烯 的热 潮 。其 实 引
起人 们 关注 的还 主要 是石 墨烯 所具 有 的独特 性 能 ， 如
超高 的 强度 、 超 大 比表 面 积 、 超 强 的传热 导 电等 性能 。 目前 ， 在 石 墨烯 的研究 中有 关石 墨烯 表 面 的化学 改性 是 主要 的研究 方 向之 一 。尽 管 由完 整 六元 环 构成 的
石墨烯及氧化石墨烯分散方法研究进展
石墨烯及氧化石墨烯分散方法研究进展石墨烯是一种具有独特结构和优良性能的二维碳原子晶体，它均匀稳定的颗粒物质分散对于复合物合成工业来说至关重要，尤其是在制备纳米级别材料时，这种要求更为突出。
石墨烯的结构稳定性和优异的性能使其成为当今研究和应用的热点[1]。
由于石墨烯具有局域化的特性，其中sp2碳碳原子之间及π电子组成的局域化使其具有化学惰性，而且π-π堆积互相作用容易形成团聚体，这些因素都阻碍了石墨烯的发展和应用。
氧化石墨烯（GO）在其表面具有大量的含氧官能团（如羟基-OH、羧基-COOH及醚键-C-O-C 等），可以通过歧化反应而还原为还原氧化石墨烯（rGO），由于在环氧官能团的影响下，GO在水或者其他溶剂中具有较好的分散稳定性。
在GO边缘存在大量的含氧官能团而极其亲水，在平面则相对疏水，使其具有两亲性。
但是，在类似二甲苯的非极性溶液当中，氧化石墨烯由于片层之间强烈的π-π相互作用和较强范德华力的存在，使其分散性变得极差。
这些片层间的严重团聚，极大的干扰了石墨烯作为材料的良好表现，因此想要改变这些现象，针对氧化石墨烯的表面修复工作就显得十分必要。
而目前，人们在实验室中已经采用了多种方式来处理这些现象，包括通过化学和物理的方式破坏片层间的相互作用，以及通过氧化石墨烯在其表面形成的特殊功能小组来键接各种引发物、单体和其他反应基团等，并在此基础上通过不同的方式对于氧化石墨烯的边缘和表面接枝聚合物。
通过共价法或者非共价法来使得提高GO分散液的稳定性和分散效率越来越受到研究人员的重视，同时也表现出广泛的应用前景。
本文从石墨烯分散的研究现状出发，对石墨烯化学改性的研究方法进行综述，并重点分析了石墨烯共价改性和非共价改性的反应机理。
1.石墨烯分散液的物理方法在分散液的制备方法中，物理方法是相对来说成本较低，见效最快的手段。
而通过水浴超声处理，高剪切混合法，射流空化或者利用微流化等通过物理手段将石墨烯片层剥离为单层或寡层石墨烯来达到分散的目的。
石墨烯在防火涂料中的应用研究进展
石墨烯在防火涂料中的应用研究进展宋康【摘要】石墨烯因其优越的气体隔绝性能、吸附性能、超强的机械强度和热稳定性,引起了巨大的研究兴趣.通过改性修饰,石墨烯的分散性、相容性得到明显提高,可应用于防火涂料中.石墨烯的阻燃机理已得到深入研究.尤其是石墨烯与其他阻燃剂的协同作用更加改善了防火涂料的阻燃性能.石墨烯在自然界中能自然分解,使之成为涂料中最有前景的材料.本文着重介绍了石墨烯在防火涂料中应用研究现状,讨论了目前面临的挑战,指出未来研究方向.【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2016(046)007【总页数】5页(P83-87)【关键词】石墨烯;防火涂料;阻燃【作者】宋康【作者单位】珠海市公安消防支队横琴新区大队,广东珠海519000【正文语种】中文【中图分类】TQ637.6Abstract：A graphene has drawn much concern due to its excellent impermeability to gases，adsorption capacity，mechanical strength and thermal stability.The graphene's dispensation and compatibility has been obviously improved via modification，allowing the graphene to be used infire-resistant coatings.The fire-resistant mechanism of graphene has been investigated deeply.Specially the synergy of graphene with other flame retardants can greatly improve fire-resistant performance of coatings.The biodegradability of the graphene in natural environment indicates that the graphene is the most promising component in coatings.This article presents current progress and discusses the major challenges and prospects of the graphene in the fire-resistant coatings.Key Words：graphene；fire-resistant coatings；flame retardant石墨烯是膨胀石墨分散为单个碳原子厚度的片状晶体。
石墨烯的研究进展及应用前景概述
石墨烯的研究进展及应用前景概述石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，在2004年被诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次成功制备出来。
石墨烯具有出色的电子、热传导性能和机械强度，以及在纳米尺度下的光学性质，因此被认为是一种拥有广泛应用前景的材料。
1.制备技术：最早的石墨烯制备技术是机械剥离法，通过对石墨晶体进行力学剥离，得到石墨烯。
随后，还出现了化学气相沉积法、还原氧化石墨烯法、剥离法等制备方法，使得石墨烯的制备更为成熟和可控。
2.物性研究：石墨烯具有极高的电子迁移率和热导率，以及优异的光学特性。
研究者们通过实验和模拟等手段，深入探究了石墨烯的电子结构、光学性质和热传导机制，为进一步的应用开发奠定了基础。
3.功能化研究：为了进一步拓展石墨烯的应用领域，研究者们对石墨烯进行了各种功能化改性，如在石墨烯上引入杂原子或对石墨烯进行掺杂，以实现特定的电子、磁学或光学性质。
石墨烯的应用前景广阔，以下是几个重要领域的应用概述：1.电子学：由于石墨烯独特的电子特性，可应用于高速电子器件、柔性显示器件和传感器等领域。
石墨烯晶体管的特性使其成为下一代电子器件的理想候选材料。
2.光学与光电子学：石墨烯具有宽带吸收和强光学非线性特性，在传感器、光电转换器和光电子器件等领域有着重要应用。
石墨烯的光电转换效率高，可用于太阳能电池的制备。
3.储能技术：石墨烯的高比表面积和优异的电化学性能使其成为超级电容器和锂离子电池等储能设备的理想材料。
石墨烯的应用能够提高储能设备的能量密度和循环稳定性。
4.测量和传感：石墨烯对外界环境的微小变化非常敏感，因此可用于高灵敏度的传感器和检测器。
石墨烯传感器在气体传感、流体传感和生物传感等领域有着广泛的应用潜力。
5.材料增强：添加石墨烯可以显著提高材料的机械强度和导热性能，可应用于制备高强度复合材料和导热材料。
石墨烯的应用使得材料的性能得到大幅度提升。
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丙酮 / 水或者 N， N－ 分散在体积比为 9∶ 1 的乙醇 / 水、 利用异氰酸酯和氧 二甲基甲酰胺 / 水的混合溶剂中。且功能化石墨烯的 无序度增加， 层间距也比功能化氧化石墨烯的缩小 了。反应过程如图 2 。 这种方法在石墨烯上引入的各种反应性基团仍 然保持化学反应活性， 可以使功能化石墨烯进行进一 步的化学改性。所得功能化石墨烯具有分散的单片结 这种方 构和优良的溶剂分散性以及可加工性。同样， 法也可以拓展到合成其他多种类型的功能化石墨烯。
收稿日期： 2013 － 06 － 24 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 批准号： 21276152 ） 作者简介： 吕生华（ 1963 ～ ） ， 男， 博导， 教授， 研究方向： 有机聚合物复合材料的研究， E － mail： Ivsh@ sust． edu． cn。
— 35 —
No． 8 论文综述 《Reviews》 化工时刊 2013. Vol. 27 ，
［9 ］
以六甲基二异氰酸酯（ HMDI ） 为偶联剂， 通过
与氧化石墨烯中的羟基和羧基等反应形成酰胺基或 氨基甲酸酯键在石墨烯表面引入活性基团， 然后与乳 化剂 T － 80 中的羟基反应， 即得到双亲氧化石墨烯， 在水、 氯仿和己烷等溶剂中均可稳定分散， 并且解决 了异氰酸根有剧毒的问题。 异氰酸酯与石墨烯反应 机理如图 1 。
石墨烯氧化物及其功能化衍生物具有较好的溶 解性， 但由于含氧官能团的引入， 破坏了石墨烯的大 使其导电性及其他性能显著降低， 为了 π 共轭结构， 在功能化的同时尽量保证石墨烯的本征性质， Samulski［5］等采用硼氢化钠还原氧化石墨烯， 然后进行磺 化， 最后再用肼除去剩余的含氧官能团， 得到了磺酸 基功能化的石墨烯。磺酸基的引入， 使得功能化的石 墨烯不仅导电性（ 1250s / m ） 高， 而且水溶性、 分散稳 定性和表面活性大大提高。 而后， Zhao 等［10］ 根据上 述的 Samulski［5］报道的方法制得磺化改性的石墨烯， 并对其从水溶液中吸附有机芳香化合物的能力进行 了研究， 结果表明磺化石墨烯对萘和 1 － 萘酚的吸附 能力达到 2． 3 － 2． 4retool g · － 1 ， 这是已报道纳米材 料中的最高值， 对环境污染处理意义重大 。 通过 γ － 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧 基硅烷（ KH － 570 ） 上的硅氧烷与氧化石墨烯上的羟 基反应， 得到功能化氧化石墨烯， 然后在水合肼的作 用下制备了功能化石墨烯， 经超声处理后， 能稳定的 — 36 — 马文石等
化工时刊 Vol． 第 27 卷第 8 期 27 ， No． 8 2013 年 8 月 Chemical Industry Times Aug． 8． 2013 doi： 10． 3969 / j． issn． 1002 － 154X． 2013． 08． 012
石墨烯的功能化研究进展
吕生华 刘晶晶 崔亚亚 杨文强
（ 陕西科技大学资源与环境学院 皮革化学与工程， 陕西 西安 710021 ）
摘 要 目前石墨烯的功能化研究成为了国内外的研究热点， 综述了石墨烯的共价键功能化和非共价键功能化研究 石墨烯 功能化 共价键功能化 非共价键功能化
的最新进展和重要研究结果， 并对石墨烯功能化的发展做了展望和预测 。 关键词
Schematic diagram of reaction mechanism of isocyanate and graphite oxide
化， 它可以在较低功能化程度上引入长的聚合物链而 辅助其分散［12］。 目前， 石墨烯的聚合物共价键功能 化主要可分为两种： 发散法 （ graft － from ） 和 收 敛 法 （ graft － to） ， 收敛法是通过聚合物上反应性官能团与 石墨烯上的官能团反应实现的［13］。 发散法是通过键 接在石墨烯表面的引发剂引发单体聚合， 在石墨烯表 面接枝聚合物， 由于接枝聚合物对小分子单体扩散影 响小， 接枝密度取决于石墨烯表面的引发剂的量［14］。 1． 2． 1 发散法 这种方法主要是通过键接在石墨烯表面的引发 剂引发单体聚合， 在石墨烯或者氧化石墨烯的表面或 者边缘部位发生接枝聚合。 氧化石墨烯的聚合物共 价键功能化方法中运用最多的是原子转移自由基聚 合（ ATRP） 。ATRP 是一种快引发的聚合方法， 并且 能够在静止的和增长的自由基间形成动态平衡， 其终 端的烷基卤化物可以通过传统的有机合成转化为各 种功能化的聚合物。 Lee 等［14］以 2 － 溴 － 2 － 甲基丙酰溴（ BMPB ） 为 ATRP 引发剂， 在氧化石墨烯的表面引发苯乙烯、 甲 基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的反应。 使得 BMPB 中
Stankovich S、 Piner R D 等
［4 ］
化石墨烯上的羟基和羧基反应， 制备出了一系列异氰 酸酯功能化的石墨烯， 可以在 N， N － 二甲基甲酰胺 （ DMF） 等多种极性非质子溶剂中均匀稳定分散。 这 种方法对反应条件要求不高、 操作简单且反应效率 高， 但异氰酸酯为剧毒物质， 限制了其应用范围 。 李 宁等
图2 Fig 2 1． 2 图1 Fig 1 异氰酸酯与石墨烯反应机理
KH － 570 与氧化石墨烯的反应示意图 Schematic diagram of reaction principle of KH － 570 and graphite oxide
聚合物共价键功能化 聚合物同样可以作为改性剂对石墨烯进行功能
important research results of covalent bond functionalization and non － covalent bond functionalization of graphene were summaried here． Meanwhile the latest development trends of the functionalization of graphene was pointed out as well． Keywords graphene functionalization covalent functionalization non － covalent functionalization
2004 年， 英国曼彻斯特大学的物理学家 Andrew Geim 和 Konstantin Novoselov 从普通石墨中发现了石 墨烯 ， 并因此获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖， 随 之在世界范围内形成了研究石墨烯的热潮 。 其实引 起人们关注的还主要是石墨烯所具有的独特性能， 如 超高的强度、 超大比表面积、 超强的传热导电等性能。 目前， 在石墨烯的研究中有关石墨烯表面的化学改性 是主要的研究方向之一。 尽管由完整六元环构成的 石墨烯是人们希望得到的石墨烯的结构， 但是这样的 石墨烯在应用过程中却存在着许多难以解决的问题， 如结构完整的石墨烯的化学稳定性较高， 不亲水， 与 其他介质的相互作用弱， 且石墨烯片层之间有较强的 范德华力， 容易产生聚集， 使其成为纳米片层的分散 极其困难， 因此限制了石墨烯的应用 。这些问题可以 通过对石墨烯表面进行有效可控的功能化来解决 。 石墨烯的功能化主要通过对石墨烯表面进行改性， 增 加活性基因， 提高亲水性， 降低片层之间的作用力， 达 到容易分离分散成纳米级别的石墨烯片层 。 目前采
［1 ］
用的功能化的途径主要通过对石墨烯表面进行改性， 采用的主要方法有共价键功能化和非共价键功能化 。 本文将重点介绍近些年在共价键功能化和非共价键 功能化改性方面的研究进展， 并对其今后的研究方向 做了预测。
1
石墨烯的共价键功能化
石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广泛的
功能化方法。虽然石墨烯的主体是稳定的苯六元环 结构， 但其边缘及缺陷部位有较高的活性， 经氧化后 的石墨烯表面含有大量的活性环氧基团， 如羟基 、 羧 基等， 因此可以利用多种化学反应对其进行共价键改 性。从所用的改性剂可以将共价键功能化分为有机 小分子共价键功能化和聚合物共价键功能化 。 1． 1 小分子 氧化石墨烯表面羟基［2］、 环氧基的亲核开环反应［3］、 异氰酸酯化反应［4］、 共轭平面的重氮化［5］、 环加成反
［11 ］
吕生华 等 石墨烯的功能化研究进展 2013. Vol. 27 ， No． 8 化工时刊 的酰基溴与氧化石墨烯表面的羟基发生类酯化反应， 如 图 3。该方法得到的氧化石墨烯在 N － N － 二甲基甲酰 胺、 甲苯、 氯仿、 和二氯甲烷中具有稳定的分散性。 化聚合物提供了独到见解。 闫家林等［17］采用乙二胺和己二胺接枝改性制备 氨基功能化石墨烯， 氨基化程度较高， 每 9 － 10 个碳 原子中就有一个参与氨基化反应。 这种方法会使功 能化石墨烯的热稳定性明显提高， 但在 DMF 中的稳 定分散性却会变差。桑泳等［18］通过重氮盐加成反应 在石墨烯表面共价接枝聚 3 － 己基噻吩。 石墨烯表 面引入溴苯官能团， 锚固催化剂 Ni（ PPh3 ） 4 在石墨烯 表面， 通过 Kumada 催化 － 转移缩聚反应在石墨烯表 面生长聚合物分子刷。 这部分主要概述了聚合物在氧化石墨烯和石墨 烯表面原位生长的方法。 这些方法表明聚合物在石 墨烯表面的原位生长不会受到石墨烯片层间位阻作 用的限制， 通过这种方法可以得到高相对分子质量的 聚合物， 且对石墨烯的机械性能都有显著提高 。这种 方法对聚合物的可控性较强， 但接枝度较低 。 1． 2． 2 图 3 在 APRT 引发下苯乙烯对氧化石墨烯改性反应 Fig 3 Modified graphite oxide with styrene using APRT intiation 为了扩展氧化石墨烯的应用， Lee 等还用苯乙烯对氧 化石墨烯进行了功能化， 制备出了一种韧性很好的大 孔碳膜。将制备的氧化石墨烯分散在苯中， 取适量在 潮湿的空气中成膜。 作者认为膜的空隙大小可以通 过溶液的浓度和苯乙烯接枝到氧化石墨烯表面的链 长来决定。 Ye 等［15］利用硼氢化钠还原氧化石墨烯后， 在过 氧化苯甲酰（ BPO） 作用下与苯乙烯和丙烯酰胺进行 化学共聚， 通过原位活性自由基聚合， 获得了聚苯乙 烯 － 聚丙烯酰胺（ PS － PAM ） 嵌段共聚物功能化的石 墨烯， 进一步改善了石墨烯的溶解性， 得到了具有两 亲性的石墨烯。且 PS － PAM 功能化的石墨烯可以作 为添加物， 在多种聚合物中均匀分散， 扩宽了石墨烯 的应用领域。 Tang 等