[高分子材料] 复旦大学卢红斌课题组在高质量石墨烯规模化水相制备方面取得新进展
石墨烯材料的研发现状和应用前景
石墨烯材料的研发现状和应用前景石墨烯（graphene）是一种纯碳的二维材料，由于其极高的导电性、导热性和强硬特性，这种材料自从2004年被Nobel Prize获得者Andre Geim教授和 Konstantin Novoselov教授发现以来，引起了全球科学家的高度关注和研究热潮。
自此，石墨烯已经被视为第二个深变革的材料，被认为将改变科技、工业、生物医学、材料科学等领域的发展轨迹。
石墨烯（graphene）的制备方法主要包括机械剥离法、化学剥离法和化学气相沉积法等，其中机械剥离法较为成熟，利用普通铅笔在硅基底上涂一层石墨使其分散后，应用电子显微镜进行选择性剥离，就可以获得薄至单层的石墨烯样品。
然而，方法不够规范和低成本始终是影响石墨烯发展的因素。
近年来，针对石墨烯的制备方法和性质研究取得了实质性的进展，成果涉及其在光电器件、传感器、锂电池、柔性电子设备、生物医学、高性能计算机等领域的应用前景。
据统计，目前全球已有近4万篇的期刊文章，报道石墨烯材料的相关研究。
以下将详细介绍其研发现状和应用前景。
一、石墨烯的应用前景石墨烯拥有优异的性能，其导电性是常规材料的百倍以上，最低电导率约为1.0×10(Mho·m)，最高电导率则达到了8.8×107(Mho·m)，而且还具有优良的导热性能、极强的机械强度、独特的光学特性和吸附功能。
根据这些特性，石墨烯的应用前景十分广阔。
首先，在光电器件领域，石墨烯薄膜的优异透明性和导电性，可以被用于照明、触摸屏、智能窗户、光伏电池等领域。
其次，在传感器领域，石墨烯的高比表面积和超薄二维结构，可以在气体、生物、化学等领域的传感器中，实现更为精确的感应和测量。
另外，在锂电池及其他能量存储器上，石墨烯的极佳的导电性和锂离子扩散系数，不仅从根本上改善了能量存储器的性能，而且在新型电池领域，如超级电容器、钠离子电池等领域，带来了更为广阔的应用前景。
石墨烯及其聚合物纳米复合材料_张力
化学进展
DOI：10. 7536 / PC130923
石墨烯及其聚合物纳米复合材料
张 力1*Fra bibliotek吴俊涛
1＊ ＊
江
雷
1， 2
（ 1． 北京航空航天大学化学与环境学院 仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室 科学院化学研究所 北京 100190 ） 摘 要
北京 100191 ；2． 中国
用的实现离不开结构规整、 厚度和尺寸可控的高质 量石墨烯材料的大规模制备。 根据制备原料的不
Graphene / polymer nanocomposites greatly draw
researchers ’ attentions in recent years． This article mainly introduces research progress on synthesis and properties of graphene and graphene / polymer nanocomposites．
同， 石墨烯的制备主要有如下方法。 2. 1. 1 剥离石墨法 剥离石墨法是指以石墨为原料， 采用不同的层 片剥离技术来制备石墨烯的方法， 具体采用的方法 有机械剥离法、 氧化剥离还原法、 液相剥离法、 气 ［2 ， 6 ～ 10 ］ 。 相剥离法和静电沉积法等 Geim 研究小组采用机械剥离法从石墨晶体的 表面 首 次 剥 离 出 稳 定 的 石 墨 烯 片 层 （ 如 图 11 ， 12 ］ 1 ）［2， 。虽然该法制备的产物 晶 体 结 构 比 较 完 不适合大规模制备。 美， 但是制备效率低， 可控性差，
Graphene and Its Polymer Nanocomposites *
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。
新材料科学的突破性成果
新材料科学的突破性成果新材料科学是一个快速发展的领域，不断涌现出各种突破性成果。
这些成果不仅在科学研究中具有重要意义，还对工业生产、能源利用、环境保护等方面产生了深远影响。
本文将介绍几个近年来在新材料科学领域取得的突破性成果，并探讨其应用前景。
1. 石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有极高的导电性和导热性，同时又具备了很强的机械强度和柔韧性。
这使得石墨烯在电子器件、能源存储、传感器等领域具有广泛应用前景。
近年来，科学家们通过不断改进制备方法，成功合成了大面积、高质量的石墨烯材料，并在光电器件、柔性电子等方面取得了重要突破。
二维过渡金属硫化物二维过渡金属硫化物是一类由过渡金属和硫原子构成的二维晶体材料。
这些材料具有优异的电子输运性能、光学特性和力学性能，被广泛应用于光电器件、催化剂、传感器等领域。
近年来，科学家们通过层状堆叠、离子交换等方法，成功合成了多种二维过渡金属硫化物，并在光电转换、催化反应等方面取得了重要突破。
有机无机杂化钙钛矿材料有机无机杂化钙钛矿材料是一类由有机离子和无机钙钛矿晶体构成的复合材料。
这些材料具有优异的光学特性、电荷传输性能和稳定性，被广泛应用于太阳能电池、光电器件等领域。
近年来，科学家们通过调控结构和组分，成功合成了高效率、稳定性较好的有机无机杂化钙钛矿材料，并在太阳能转换效率方面取得了重要突破。
纳米多孔材料纳米多孔材料是一类具有高比表面积和可调控孔径的材料。
这些材料具有广泛的应用前景，如催化剂、吸附剂、传感器等领域。
近年来，科学家们通过模板法、溶胶凝胶法等方法，成功合成了多种纳米多孔材料，并在气体分离、催化反应等方面取得了重要突破。
结论新材料科学的突破性成果为我们提供了更多的选择和可能性。
石墨烯、二维过渡金属硫化物、有机无机杂化钙钛矿材料和纳米多孔材料等新材料的涌现，将推动科学技术的发展，促进工业生产的进步，改善能源利用效率，推动环境保护工作。
随着新材料科学的不断发展，我们相信会有更多突破性成果出现，为人类社会带来更多福祉。
石墨烯及其复合材料的绿色制备技术
石墨烯及其复合材料的绿色制备技术申请人：严丹华指导老师：卢红斌副教授【课题的目的和意义】随着2010年诺贝尔物理学奖得主的揭晓，石墨烯（Graphene）也成为了炙手可热的话题。
2004年，英国Manchester大学物理和天文学系的Geim和Novoselov发现了石墨烯——它是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是自然界已知材料中最薄的一种材料。
它具有超高的硬度、优异的导电及导热性能。
与碳纳米管相比，石墨烯更加廉价易得、容易加工改性，更加适用于实际的应用。
因此，石墨烯很快成为科学家研究的热点1。
日新月异的电子技术对硅晶体管提出更高的要求，使得硅晶体管的尺寸已经接近了极限值。
而石墨烯在更小尺度上优异的电学性能使其有可能替代硅：首先，当硅无法再分割得更小时，比硅还小的石墨烯可继续维持摩尔定律；其次，石墨烯被分割时，其基本的物理性能并不改变，而且它的电学性能可能会得到很大改善；电子在石墨烯内移动要比在硅中移动时受到的阻力小；电子穿过石墨烯几乎没有收到任何的阻力，所以产生的热量也非常少2。
除此之外，石墨烯还有更加广泛的应用。
它作为填料加入到聚合物基体中制备复合材料已经引起相当多的关注，如Robert等用石墨烯-环氧树脂作TIMs，使热导率增强3000%（掺杂量为25%体积分数），热导率达6.44W/mK 3。
正因石墨烯有如此多优异的性能，一种简易的、能够运用到大规模生产的石墨烯制备方法显得十分重要。
最初的纯石墨烯来源于石墨的机械剥离，但是这种方法不能批量生产石墨烯片层。
自石墨烯发现以来，研究人员已经发展了数种制备方法，但至今仍没有一种步骤简单、产量合适、环境友好的适宜于应用于工业生产的石墨烯制备方案。
现阶段应用最广泛的氧化-还原法制备石墨烯，在高产量与绿色之间很难得到平衡。
特别是环境问题日益严峻的今天，如何“绿色”、“环保”的进行工业生产给人们提出了新的课题。
因此，探索石墨烯的绿色制备方法显得具有重要的时代意义。
新型柔性智能变色电池有望实现
的方法，可最大程度保留原料鳞片石墨的片层尺寸与鳞片结构，从而使制备的石墨烯散热膜具有良好的热导率与力学性能。
“我们制备的高质量石墨烯散热膜从天然石墨出发，成本低廉，材料厚度在2～20微米可控，还可连续弯折20000次以上性能无衰减;工艺过程也最大程度简化，提高了生产效率，降低了能源消耗、环境污染和生产成本，可确保高质量石墨烯散热膜稳定生产。
”卢红斌介绍说。
据了解，石墨烯散热膜产品有着很好的应用前景，其厚度可控、综合性能优异，可广泛应用于智能手机、笔记本电脑、通讯基站等各类设备的热量管理。
随着5G通讯设备、LED 设备的不断发展，散热膜市场的成长空间也将越来越广阔。
新型柔性智能变色电池有望实现5月14日，从西安交通大学获悉，该校前沿科学技术研究院何刚教授课题组成功制备了含硫族元素紫罗精聚合物，并将其作为电极材料应用到有机自由基锂离子电池中，其研究成果以论文形式近日在德国《应用化学》上发表。
紫罗精类化合物是一种具有优异氧化还原特性的阳离子型有机分子。
在施加电压或光照条件下，可经历两步可逆的单电子氧化还原生成自由基正离子状态和中性分子状态，并伴随着明显的颜色变化。
其独特的氧化还原特性使其在储能材料领域被广泛应用，例如无机/有机锂/钠/镁离子电池，水系有机液流电池，有机自由基电池以及锂-氧电池等。
有机自由基电池作为一类新兴的储能器件，具有不含稀有金属、氧化还原性质可调、在分子层面上可柔性设计等优势，但这类电池还存在氧化还原态少、容量低、稳定性差等缺陷，极大地限制了其应用。
西安交大何刚教授团队相关机理研究表明，随着碲原子的引入极大提高了电极材料的电导率以及增加了锂化位点。
在此基础之上，他们将含碲元素紫罗精聚合物的电致变色性质与电池应用相结合，制备了一种新型的柔性变色电池，在电池的充放电过程中，伴随着明显的颜色变化。
这一研究工作不仅发展了一类新型的有机自由基电池，还为变色电池领域的研究提供了新的思路，可将含硫族元素紫罗精化合物应用于有机自由基锂离子电池，不仅能大大提高自由基电池的性能，还可以将这类分子的变色性质与电池性能相结合，发展新型的有机变色电池。
石墨烯_一种战略性新兴材料_卢红斌
品往往是高度 缺陷 的
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，
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以恢 复 到期 望 的晶 格 完整 度
。
因 此 这 样 的 石 墨 烯 产 烯 平 面 内 的 嵌 人 如 在 氮 掺 杂 石 墨 烯 中 存 在 有 石 墨 化
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２ ０ ６ 能 还 要 高 出 近 倍 不 仅能 表 现 出 类 似 苯 环 的芳 香 性 可 无 烯 荷 已成 为中 电 在平 面 内 以 质量 的方式快速迁移 还 具有 规 划 的 全 面 出 台 石墨
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而， 在掺杂和去掺杂过程中 ， 导电聚合物容易发生溶胀和收缩行为， 这往往会破坏电极并使其 电化学
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ￣５ － ３ １ ． 基金项 目：国家 自然科 学基金 （ 批准号 ： ５ ０ ７ ７ ３ ０ １ ２， ５ １ １ ７ ３ ０ ２ ７ ） 、国家重点基础研 究发展计划 （ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ｃ Ｂ ６ ０ ５ ７ ０ ２ ） 和 海纳米 科技项 目（ 批准号 ：ｉ ０ ５ ２ ｎ ｎ ＇ Ｊ Ｘ ￣ ０ ０） 资助． 联系人简介 ： 卢红斌 ， 男 ，博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事多尺度石墨烯基复合材料 的可控制备 、 性能及应用研究．
装置 ，以面对不 可再 生资源 的 Ｅ ｌ 益 枯竭 以及环境 污染 的加 剧．超 级 电容器 作 为一种 兼 有传 统 电容器 与
二次 电池优 点 的新 型储 能器件 ，能提供 高于传 统 电容 器 的能量 密度 ，以及 相较 于 二次 电池 更加 优异 的
功率 密度 和循环 寿命 ， 有望 广泛应 用在 能量 转 化 、航 天 系统 、 通 讯 工程 以及微 电子器 件 等领 域 ．众 所
们 的广 泛关 注 ． 导 电聚 合物基 超级 电容器 通常是 赝 电容器 ，通过 在 电极 本 体材 料 中发 生 氧化 还 原反 应储 存 电荷．
相较 于碳基 的双 电层 电容 器 ， 赝 电容器通 常具有 更高 的能量 密 度和 相对 较低 的功率 密度 ．这是 因为 赝
电容器在整个电极 内部均可发生反应 ， 而碳基电容器仅能在其电化学表面储存 电荷．然而， 考虑到 电
１ ７ ０ Ｖ
０ ． ３ Ａ ｇ ～ ３ Ａ －ｅ ｍ
７ ９ ％ ／ ８ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ３ ３ ０ Ｆ ・ｅ ｍ一 ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ０ ． ７ ％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ６ ７ ％ ／ ４ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ４％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ０％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ８ ％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ９％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ３％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ６ ４％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ
引领新材料的革命——记复旦大学高分子科学系教授卢红斌
Ｉ ｔ ， ｌ 新 之路】Ｗａ ｙ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
结合也在锂 电池正 极材料领域展 示了突 博 士 后 研 究 。 虽 然 高 分 子 的应 用 比 较 广
出的性能优势 。这方面关键 的阻力来 自 泛 ，但 如 何 进 一 步 提 高 它们 的 性 价 比 、
升 ，Ｃ Ｏ 排放可减少５ 克／ 公里 。
丁 ・ 诺沃 肖洛夫 制成 了石墨烯 材料 ， 自那 时起 ．石墨烯 在全球
范 围 内掀 起 研 究 和 产 业 化 热 潮 。
石墨 烯 ，一 个被称 为２ １ 世 纪 的神 奇材料 。它 的厚 度相 当于
一
个 碳原子 ，其 强度是结构钢 的２ ０ ０ 倍 ，是 迄今为止厚度最薄 、 强度最 高的材料 ．其 导电导热 性质优 于常规金 属 。凭借其 突出
部 件 ．其 成 本 几 乎 占 总 成 本 的 一 半 左 右 ，其 正 负 极 电 极 材 料 成 为 制 约 其 性 能 提 高 的 关 键 因 素 。 除 了一 些 常
规活 性正极 材料 以外 ，二硫化 钼纳 米片层 与石墨烯 的
２ ０ １ ５ 年７ 月・ 综合
科学 中国人 ６ ３
碳 材料 ．且具 有很 好的导 电 、导热性 ．我们想 知道 它
能 不 能 与 聚 合 物 结 合 起 来 ．于 是 便 开 始 了 石 墨 烯 复 合 材 料的研究”。
随 着聚合 物材料 和复合 材料等 轻质 材料在 汽车部
件 中 的 应 用 逐 年 增 加 ．发 展 汽 车 轻 量 化 技 术 和 新 能 源
许 微米 尺寸 二硫化钼 在 常温下 、 １ 小 时 术 的发 展 与进 步 ，这 些 已 不能 满 足人 世界顶级化 学和材料综述 期刊论文广泛
石墨烯：一种战略性新兴材料
石墨烯：一种战略性新兴材料作者：卢红斌来源：《科学》2016年第05期石墨烯是一种分子量巨大的二维大分子。
因其独特的结构和优异的性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值，短时间内就引起了世界各国学术界和产业界的强烈关注。
材料领域中很少有像石墨烯这样能够在短时间内迅速引起人们强烈关注的材料。
有关石墨烯研究的学术论文自2004年以来一直呈指数增长。
在产业应用方面，欧盟在2013年初宣布石墨烯人选“未来新兴技术旗舰项目”，并投资10亿欧元，历时10年，致力于将石墨烯从实验室技术发展成能够服务于社会的新材料。
中国科技部和自然科学基金委从2007年开始，累计投资数亿人民币进行石墨烯的相关基础研究。
2016年，随着“十三五”规划的全面出台，石墨烯已成为中国未来5年重点开发的战略性新兴材料。
石墨烯及其规模化制备技术的发展2004年，俄裔英国科学家海姆（A.Geim）和诺沃肖诺夫（K.Novoselov）等人的研究表明，单层和多层单晶石墨烯薄膜不仅在环境条件下能够稳定存在，而且还表现出显著的金属性质，其电荷浓度高达1013/厘米2、室温迁移率可达104厘米2/（伏·秒）。
进一步研究还显示，石墨烯的室温电荷迁移率实际可达105厘米2/（伏·秒），是现有硅材料的100倍，理论迁移率高达106厘米2/（伏·秒）。
考虑到现有芯片技术主要是在硅材料基础上建立起来的，所以石墨烯极高的电荷迁移效率无疑为未来高性能芯片的发展提供了可能。
作为自然界中能够稳定存在且具有良好化学惰性的二维晶体，石墨烯是现有材料中厚度最薄（仅相当于人头发丝直径的十万分之一）、强度最高（是钢铁的100倍）、导热导电性质极佳、比表面积巨大的新兴材料，被广泛应用于通信电子、柔性显示、可穿戴设备、储能材料、高性能涂层和特种纤维等各个领域。
石墨烯是一种分子量巨大的二维大分子（1平方微米单层石墨烯，其摩尔质量约为4.7×105千克/摩），平面内的碳原子彼此以sp2杂化的σ键连接，其键合能（615千焦/摩）比金刚石中以sp3杂化的C-C键合能还要高出近一倍，不仅能表现出类似苯环的芳香性（电荷可在平面内以无质量的方式快速迁移），还具有极高的刚性和力学强度。
一种石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法[发明专利]
![一种石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/673e05efeff9aef8941e06f7.png)
专利名称：一种石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：卢红斌,阮英波
申请号：CN201711077441.1
申请日：20171106
公开号：CN107652531A
公开日：
20180202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法，制备方法为：十八胺在酸催化条件下实现对氧化石墨烯接枝并还原制备十八胺功能化石墨烯，将十八胺功能化石墨烯与聚烯烃弹性体共混复合制备石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料。
复合材料包括以下重量份数的原料：100份聚烯烃弹性体，0.1~20份十八胺功能化石墨烯。
本发明接枝长烷基链的存在和石墨烯表面含氧基团的去除能有效提高石墨烯片层与聚合物基体间的界面相容性。
石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料中石墨烯均匀分散在聚烯烃弹性体中；与纯聚烯烃弹性体材料相比，石墨烯改性聚烯烃弹性体复合材料的力学性能显著提高，当石墨烯添加量为2%时，复合材料的拉伸强度提高50%。
申请人：浙江山峪科技股份有限公司
地址：318000 浙江省台州市椒江区三山村
国籍：CN
代理机构：苏州创元专利商标事务所有限公司
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一种二氧化锰-还原氧化石墨烯复合材料的制备方法与应用[发明专利]
![一种二氧化锰-还原氧化石墨烯复合材料的制备方法与应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ce320bf8b7360b4c2f3f64aa.png)
专利名称：一种二氧化锰-还原氧化石墨烯复合材料的制备方法与应用
专利类型：发明专利
发明人：卢红斌,陈宇菲,张佳佳
申请号：CN201811065562.9
申请日：20180913
公开号：CN109192529A
公开日：
20190111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及了一种二氧化锰‑还原氧化石墨烯复合材料的制备方法及其在超级电容器电极材料中的应用。
该方法制备过程中所需原料只包括高锰酸钾与氧化石墨烯，无需其他还原剂，采用溶液加热回流反应和后续退火的方法获得产物二氧化锰‑还原氧化石墨烯复合材料，具有操作流程简单、成本低、可控性好、可大量生产等优点。
制备的复合材料中二氧化锰低晶纳米结构与还原氧化石墨烯片层连接紧密，结构稳定，克服了二氧化锰‑碳材料复合电极材料组分间结合不紧密，结构不稳定的问题，作为电极材料可以展示出良好的综合性能，尤其是长循环稳定性能优异。
申请人：复旦大学
地址：200433 上海市杨浦区邯郸路220号
国籍：CN
代理机构：上海正旦专利代理有限公司
代理人：张磊
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科学家在制备石墨烯单晶中取得突破
科学家在制备石墨烯单晶中取得突破佚名【期刊名称】《前沿科学》【年(卷),期】2015(009)001【总页数】1页(P93)【正文语种】中文中国科学院上海微系统与信息技术研究所石墨烯研究再获重要突破。
信息功能材料国家重点实验室，超导实验室石墨烯课题组的唐述杰等人，在国际上首次通过引入气态催化剂的方法成功实现石墨烯单晶在六角氮化硼表面的高取向快速生长，研究论文Silane-Catalyzed Fast Growth of Large Single-Crystalline Graphene on Hexagonal Boron Nitride于3月11日在Nature Communications上发表（6：6499 doi：10.1038/ncomms 7499（2015））。
上海微系统所石墨烯团队自2011年开始开展了六方氮化硼衬底上外延生长石墨烯单晶以及其性能表征的工作，并取得了一系列的成果。
他们在前期掌握石墨烯形核控制（Carbon，50，329（2012））、确定单晶和衬底的取向关系（Scientific Reports，3，2666，（2013））的基础上，以乙炔为碳源，创新性地引入硅烷作为催化剂，通过化学气相外延的方法制备晶畴尺寸超过20微米的石墨烯单晶，生长速率较之前的文献报道提高了两个数量级，超过90%的石墨烯单晶与氮化硼衬底严格取向，呈现由莫瑞条纹引起的～14nm的二维超晶格结构，制备的石墨烯的典型室温霍尔迁移率超过20，000 cm2/V·s。
石墨烯以其优异的电学性能、出众的热导率以及卓越的力学性能等而被人们普遍认为是为后硅CMOS时代延续摩尔定律的最有竞争力电子材料。
然而石墨烯的电学性质受到衬底的影响很大，电荷杂质和声子散射会使石墨烯的电学性能极大地下降。
研究表明，六方氮化硼由于其表面原子级平整、无悬挂键、优异的绝缘性能等优势，成为石墨烯电子器件的绝佳衬底。
在六角氮化硼表面通过化学气相沉积方法直接生长石墨烯单晶，可以避免因物理转移所带来的介面污染和破损缺陷，为其在集成电路领域的深入应用提供材料基础。
卢红斌：引领石墨烯产业化时代到来
卢红斌：引领石墨烯产业化时代到来
段海旺;王晨
【期刊名称】《科技中国》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】对于石墨烯走出实验室、实现产业化，人们期待已久。
【总页数】3页(P76-78)
【作者】段海旺;王晨
【作者单位】《科技中国》编辑部
【正文语种】中文
【中图分类】N33
【相关文献】
1.八月名家具(东莞)展览会:引领中国家居业变革——中国(东莞)国际定制家居展览会引领定制时代的到来 [J], 吉湘
2.石墨烯:引领纺织产业开启“大健康”时代——“石墨烯+健康”功能纺织品创新发展论坛在济南召开 [J], 牛方
3.低成本石墨烯时代已经到来 [J], 刘超
4.相关学者王宝田尹音频林祥友杨斌钟炜黎波卢戎井明张阳郭晓红相关检索词固定资产 [J], 王琳
5.引领新材料的革命——记复旦大学高分子科学系教授卢红斌 [J], 祝传海
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高质量石墨烯制备成功
高质量石墨烯制备成功2004年石墨烯（Graphene）的问世引起了全世界新的研究热潮。
石墨烯是单层碳原子紧密排列成二维六角结构的一种碳质新材料。
由于石墨烯具有独特的电子结构，它可以作为验证物理理论上一些基础问题的简单材料体系，并且在器件应用方面也极具潜力。
然而，高质量石墨烯的制备及其转移组装是目前在实验上首先要解决的问题。
最近，中科院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室白雪冬和王恩哥与美国斯坦福大学戴宏杰小组合作，对石墨采用剥离-再嵌入-扩涨的方法，成功制备了高质量石墨烯。
利用透射电子显微术对石墨烯进行表征并做了深入的晶体结构分析。
电学测量表明，所制备的石墨烯在室温和低温下都具有高的电导，比通常的用还原氧化石墨方法获得的石墨烯的电导高两个数量级。
他们通过LB膜组装技术，将悬浮在溶剂里的石墨烯一层一层地转移到固体表面，制成大面积的透明导电膜，研究了它们的光学透过率与膜厚的关系。
高质量石墨烯及其LB膜的制备对未来石墨烯的大规模应用具有重要意义。
该成果得到了国家自然科学基金委“创新研究群体”基金及中国科学院的资助。
相关成果发表在近期的《自然—纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。
（来源：中国科学院物理研究所）生产高质量石墨烯薄片的新方法只有一原子厚的石墨烯薄片一直很难制备。
美国布鲁克海文国家实验室最近找到了一种生产高质量石墨烯薄片的方法。
研究结果刊登于近期出版的《自然—物理学》（Nature Physics）杂志上。
以前的石墨烯薄片制造方法各有缺陷。
最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。
另一种获取的方法取向附生法则是利用生长基质的原子结构“种”出石墨烯，但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。
布鲁克海文的新技术基于上述第二种方法。
他们使用的基质是稀有金属钌。
一开始，研究者让碳原子在1150℃下渗入钌。
冷却到－850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面。
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复旦大学卢红斌课题组在高质量石墨烯规模化水相制备方面取得新进展
2018-01-11
复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室卢红斌课题组与新加坡国立大学化学系罗健平（Loh Kian Ping）课题组合作，通过在石墨烯表面引入极少量（atom%）可电离含氧官能团，实现了高质量石墨烯在水相中的高效率制备，对加速石墨烯大规模产业化应用起重要推动作用。
相关成果以《利用非分散策略在水相中规模化制备高浓度石墨烯浆料》（A Non-Dispersion Strategy for Large-Scale Production of Ultra-High Concentration Graphene Slurries in Water）为题于1月8日在线发表于《自然•通讯》（Nature Communications）。
▲传统液相剥离方法(a)和非分散策略(b)制备石墨烯的流程示意图；不同方法在制备浓度、产率和产量方面的比较(c)。
石墨烯是现有材料中厚度最薄（nm）、强度最高（断裂强度130 GPa，是钢的100倍）、导热性最好（5300W/，比金属银高10倍以上）、电子迁移率极高（106 cm2/，比硅高2个数量级）的新型二维材料，在智能装备、航空航天、能源储存和环境治理等诸多领域应用潜力巨大，是重要的战略新兴材料。
然而，如何实现高质量石墨烯的高效率、规模化制备一直是制约其大规模应用的关键难题。
理想的解决方案是从天然鳞片石墨出发，将其在液相中剥离成石墨烯。
为避免石墨烯的不可逆聚集，液相剥离通常需要在特定溶剂中进行，而溶剂对石墨烯的分散能力则限制了剥离的效率，以至于液相剥离很难在高浓度下进行（典型情况下石墨烯含量通常小于1mg/mL，这意味
着生产1kg石墨烯至少需要1吨的溶剂用量）。
此外，石墨烯强烈的聚集倾向也使其难以存储、运输，为后续应用提出了挑战。
课题组研究人员采用一种非稳定分散的策略，实现了在极高浓度（50 mg/mL）下的快速、高产率剥离，剥离产物90%以上为单层石墨烯，且晶格缺陷少、薄膜电导率甚至可达S/m。
剥离过程中，由于表面双电层被压缩，石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀，后者即使浓缩至固含量为23wt%的滤饼室温储存一月后，仍可再次分散于水溶液中形成均匀稳定的石墨烯悬浮液，从而有效解决了石墨烯规模化应用中的储存和运输问题。
此外，该方法制备的石墨烯水相浆料表现出了良好的流变特性，可直接通过3D打印制备各种形状的石墨烯气凝胶，从而为石墨烯在储能、环境治理、多功能复合材料等领域的应用开辟了新途径。
复旦大学高分子科学系博士后董雷和新加坡国立大学化学系博士研究生陈仲欣为本文共同第一作者，复旦大学教授卢红斌和新加坡国立大学教授罗健平为共同通讯作者。
复旦大学和新加坡国立大学分别为第一、二完成单位，研究工作得到973子课题、国家自然科学基金、上海市基础研究重点项目、新加坡国家研究基金的财政支持。
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来源：复旦大学
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