石墨烯纳米带的制备及其应用
纳米科技中的石墨烯应用介绍
纳米科技中的石墨烯应用介绍石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，厚度只有一个碳原子的厚度。
它具有许多独特的物理和化学特性，使其在纳米科技领域中应用广泛。
本文将介绍纳米科技中石墨烯的应用。
首先，石墨烯在电子器件方面有着重要的应用。
由于石墨烯具有高载流子迁移率、高电导率和高热导率等特性，它成为了制造晶体管、晶体管阵列和传感器等高性能电子器件的理想材料。
与传统的硅基材料相比，石墨烯的热稳定性更强，能够在更高的温度下工作。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，使得电子产品更加轻薄、柔韧。
其次，石墨烯在能源领域也有着诸多应用。
石墨烯作为一种高效导电材料，广泛应用于锂离子电池和超级电容器等能源存储装置中。
由于石墨烯具有大的比表面积和优异的电化学性能，能够提高能源存储装置的能量密度和循环寿命。
此外，石墨烯还可以应用于太阳能电池、燃料电池和光催化等领域，提高能源转换效率。
另外，石墨烯在材料加固方面也有着广阔的应用前景。
石墨烯被广泛用作增强材料的添加剂，可以大幅度提高材料的力学性能。
石墨烯的高强度和高刚度使其在制备复合材料中起到了很好的增强作用。
例如，将石墨烯纳米片添加到聚合物基体中，可以大幅度提高聚合物的强度和导热性能。
这种强化效果对于航空航天和汽车行业的应用尤为重要，有助于提高材料的轻量化和结构强度。
此外，石墨烯在生物医学领域的应用也备受关注。
石墨烯具有良好的生物相容性和生物降解性，可以作为药物载体在药物传递和缓释方面起到重要作用。
石墨烯纳米片可以用于制备纳米药物，可以通过控制石墨烯的尺寸和形状来调控药物的释放速率和靶向性。
此外，石墨烯的高导电性还可以用于生物传感器和医学成像等领域，提高传感器的灵敏度和图像的分辨率。
总之，纳米科技中石墨烯的应用非常广泛。
石墨烯在电子器件、能源存储、材料增强和生物医学等领域起到了重要作用。
随着对石墨烯材料性能的深入理解和制备工艺的不断改进，相信石墨烯的应用前景将会更加广阔，对于推动纳米科技的发展将发挥重要作用。
石墨烯的制备方法及发展应用概述
石墨烯的制备方法及发展应用概述一、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制备以来，便以其独特的物理和化学性质，引发了全球范围内的研究热潮。
本文旨在全面概述石墨烯的制备方法，以及其在各个领域的发展应用。
我们将介绍石墨烯的基本结构和性质，为后续的制备方法和应用探讨提供理论基础。
接着，我们将重点阐述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，并分析各方法的优缺点。
随后，我们将深入探讨石墨烯在能源、电子、生物医学等领域的应用现状和发展前景。
我们将对石墨烯的未来研究方向进行展望，以期为其在实际应用中的进一步推广提供参考。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优缺点和适用范围。
目前，石墨烯的主要制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法（CVD）、氧化还原法、碳化硅外延生长法以及液相剥离法等。
机械剥离法：这是最早用于制备石墨烯的方法，由英国科学家Geim和Novoselov在2004年首次报道。
他们使用胶带反复剥离石墨片，最终得到了单层石墨烯。
这种方法虽然简单，但产量极低，且无法控制石墨烯的尺寸和形状，因此只适用于实验室研究，不适用于大规模生产。
化学气相沉积法（CVD）：CVD法是目前工业上大规模制备石墨烯最常用的方法。
它通过高温下含碳气体在催化剂表面分解生成石墨烯。
这种方法可以制备出大面积、高质量的石墨烯，且生产效率高，成本低，因此被广泛应用于石墨烯的商业化生产。
氧化还原法：这种方法首先通过化学方法将石墨氧化成石墨氧化物，然后通过还原反应将石墨氧化物还原成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯往往含有较多的缺陷和杂质，但其制备过程相对简单，成本较低，因此也被广泛用于石墨烯的大规模制备。
碳化硅外延生长法：这种方法通过在高温和超真空环境下加热碳化硅单晶，使硅原子从碳化硅表面升华，剩余的碳原子重组形成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量高，但设备成本高，制备过程复杂，限制了其在大规模生产中的应用。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯纳米材料的制备与应用
石墨烯纳米材料的制备与应用石墨烯是一种由碳原子组成的一层厚度非常薄的二维碳材料，它具有极高的强度和导电性，也拥有许多其他令人惊奇的特性。
因此，石墨烯被广泛应用于生物学、电子学、光学、催化和其他领域的研究。
而在石墨烯的制备和应用中，纳米材料也扮演着十分重要的角色。
一、石墨烯的制备方式目前，石墨烯的制备方法主要分为机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法、去氧还原法和电化学法五种。
而其中，化学气相沉积法和化学剥离法是较为常用的两种方法。
化学气相沉积法是利用化学反应在基底上沉积石墨烯薄膜。
该方法可以得到单晶石墨烯，薄膜质量较好，但生产难度较高，且设备成本高。
化学剥离法是指采用各种方法在各种材料表面制备石墨烯的一种技术。
该方法成本较低，操作简单，但是石墨烯质量较差，难以控制其层数和晶体质量。
二、石墨烯纳米材料的制备方式目前，石墨烯纳米材料的制备方式主要包括机械法、物理法、化学法和生物学法四种。
机械法是指利用机械磨擦、高温等方法将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法制备的纳米材料质量较高，但是生产效率较低，且成本较高。
物理法是指利用物理方法，如离子束雕刻、电子束雕刻等将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法可以制备各种形状的纳米材料，但是成本较高，难度较大。
化学法是指利用化学反应将石墨烯制备成纳米材料。
这种方法操作简单，成本低廉，但是石墨烯质量较差，存在一定的毒性。
生物学法则是指利用生物学反应将石墨烯制备成纳米材料。
与化学法相比，该方法更为安全，但是生产效率较低，成本也较高。
三、石墨烯纳米材料的应用由于石墨烯纳米材料具有许多优异的特性，在各个领域都有广泛的应用。
在生物学领域中，石墨烯纳米材料可用于生物传感器的制备及生物医学成像等；在电子学领域中，石墨烯纳米材料可用于半导体材料、太阳能电池等的制备；在光学领域中，石墨烯纳米材料可制备光电器件；在化学领域中石墨烯纳米材料可用于催化反应。
此外，在纳米电子学中，石墨烯纳米材料还可以作为晶体管和其他电子元件的材料，其导电性及传输率远高于硅材料，这也为电子学的进一步发展提供了更广阔的空间。
石墨烯及其复合材料的制备与应用
石墨烯及其复合材料的制备与应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体，具有独特的物理和化学性质。
自它的发现以来，人们对石墨烯的制备与应用进行了广泛的研究。
本文将介绍一些石墨烯的制备方法，以及石墨烯与其他材料的复合，以及它们的应用。
石墨烯的制备方法有多种，其中最常用的是机械剥离法和化学气相沉积法。
机械剥离法是通过用胶带剥离石墨矿石表面的石墨层来得到石墨烯。
这种方法简单易行，但只能制备少量的石墨烯。
化学气相沉积法则是将碳源气体（如甲烷）在金属基底上热解，生成石墨烯。
这种方法可以制备大面积的石墨烯，但需要高温和特殊的实验条件。
石墨烯与其他材料的复合可以改善其性能，并拓宽其应用范围。
例如，石墨烯与聚合物的复合材料具有优异的导电性和机械性能。
这种复合材料可用于制备柔性显示器和电子设备。
此外，石墨烯与金属氧化物的复合材料具有良好的催化性能，可用于电催化和能源转换。
石墨烯与纳米粒子的复合材料还具有优异的光学性能，可用于光学传感和光催化。
除了复合材料，石墨烯还有许多其他的应用。
例如，石墨烯在电子器件中的应用已经引起了广泛的关注。
由于石墨烯具有极高的电子迁移率和较低的电阻率，使得它成为理想的导电材料。
石墨烯晶体管已被用于制备高性能的智能手机和电子设备。
此外，石墨烯还可以用于制备超级电容器和锂离子电池，以提高储能性能。
石墨烯还可以用于制备高强度的复合材料，用于航空航天和汽车工业。
然而，石墨烯的大规模制备和应用仍然面临一些挑战。
一方面，石墨烯的制备成本较高，制备方法仍需要进一步改进。
另一方面，石墨烯在生物医学领域的应用还需要深入研究。
尽管石墨烯具有许多独特的性质，但其在生物体内的生物相容性和毒性仍然存在争议。
综上所述，石墨烯及其复合材料具有巨大的应用潜力。
石墨烯的制备方法日趋成熟，可以制备大面积和高质量的石墨烯。
与其他材料的复合可以改善石墨烯的性能，拓宽其应用范围。
石墨烯在电子器件、能源储存和复合材料等领域具有广阔的应用前景。
石墨烯材料在纳米科技中的应用
石墨烯材料在纳米科技中的应用在当代科技中，有一种材料备受关注，那就是石墨烯。
石墨烯是由石墨单层组成的二维材料，由于其优异的电子、热学和力学性能，被认为是未来材料领域的重要发展方向之一。
特别是在纳米科技领域，石墨烯具有巨大的应用前景。
一、基础研究中的应用石墨烯作为一种新兴材料，其基础研究日益深入。
由于石墨烯的电子能带特性，石墨烯被广泛地用于制备新型的光电器件和传感器。
通过石墨烯的独特性能，科学家可以研究电子、光、热等波长的物理性质，为石墨烯的深入应用提供了坚实的基础。
二、纳米传感器的应用随着科技的不断发展，人们对于材料的性能要求也越来越高。
石墨烯作为一种新型纳米材料，在纳米传感器领域发挥着巨大的作用。
石墨烯传感器因其优异的电子、光学和机械特性，可以实现对于高灵敏度的气体、湿度、压力、生物分子等细小物质的检测。
这样的传感器在生物医学、环境监测、新能源等领域都有广泛的应用前景。
三、新型太阳能电池的应用由于石墨烯的独特性质，石墨烯还可以被用于制备新型的太阳能电池，这种电池拥有高效的光电转化性能。
使用石墨烯作为透明导电层，可以明显提高电池的光电转化效率和稳定性，并且石墨烯的可撕裂特性也可以降低生产成本。
因此，新型石墨烯太阳能电池具有重要的应用前景，并且在未来可以成为可再生能源的主要代表。
四、新型纳米器件的应用石墨烯具有高强度、高导电、高导热等优异性质，因此可以被广泛地用于制备新型纳米器件。
例如，通过在石墨烯表面加工纳米结构，可以制备出具有超大电容量和高电子迁移速率的石墨烯超级电容器。
此外，石墨烯还可以用于制备出各种新型纳米器件，例如石墨烯晶体管、石墨烯光电元件、石墨烯微波器件等。
总的来说，石墨烯作为一种新型材料，其应用十分广泛，未来石墨烯的应用前景十分看好。
虽然目前石墨烯的应用还处于起步阶段，但是相信随着科技的不断发展，石墨烯在纳米科技中的重要作用会越来越大。
石墨烯材料的制备与应用
石墨烯材料的制备与应用石墨烯是一种具有非常优异物理、化学和电学性质的二维材料，因其极高的导电性、导热性、透明性等性质，被广泛认为是革命性的新材料，具有广泛的研究和应用前景。
本文将介绍石墨烯材料的制备方法和一些重要的应用领域。
1. 石墨烯的制备方法石墨烯最早是通过一种叫做“机械剥离法”的方法被制备出来的。
这种方法就是通过用胶带多次在石墨表面撕扯来制备出单层厚度的石墨烯，但该方法存在盈亏不平衡、样品品质不稳定等问题，因此被较早的大规模制备方法所替代。
化学气相沉积法和化学气相还原法是两种常用的石墨烯制备方法。
化学气相沉积法是通过在金属衬底上沉积碳化物来制备石墨烯。
首先，在金属表面上沉积一层碳源，如甲烷、乙烯等，然后通过高温热解将碳源转化为石墨烯。
化学气相还原法是通过将氧化石墨烯置于高温还原气氛中来还原石墨烯，这种方法以得到高质量、可控性强的石墨烯为优点。
除此之外，还有一些其他的制备方法，如去氧化副反应法、水热法、化学还原法等，这些方法每种有各自的特点和适用范围。
2. 石墨烯的应用领域2.1 电子学由于石墨烯极高的导电性，在电子学领域中具有很大的潜力，如电子器件、传感器等。
石墨烯晶体管的出现，使得晶体管的性能有了极大提升。
除此之外，石墨烯应用于传感器领域，能够制造出高灵敏度、低功耗、高品质的传感器。
2.2 材料学石墨烯能够通过不同的方法来制备出具有不同性质的石墨烯复合材料，在材料学领域中得到了广泛应用。
例如，石墨烯复合材料可以用于强化和耐高温塑料、聚合物和纳米复合材料。
2.3 能源转换与储存由于石墨烯极高的导电性和导热性，被广泛应用于能源转化和储存。
石墨烯作为一种电极材料，可用于制备出高效、高性能的储能器。
石墨烯复合材料可用于制备高效的太阳能电池、储氢技术等。
2.4 生物技术石墨烯在生物技术领域的应用也受到越来越多研究者的关注。
石墨烯具有与生命体系相容性好、氧气透过性高、光透明性等优良性能，这些特点可以用于生物传感的制备和生物医学领域中的仿生材料研究。
石墨烯纳米复合材料的制备及应用
石墨烯纳米复合材料的制备及应用随着材料科学技术的不断发展，石墨烯这种特殊材料被越来越多地应用于诸如高强度材料、高导电材料、高热导材料等领域。
但是石墨烯纯粹的形态在某些领域中不一定能够满足要求，因此需要与其他材料结合起来形成复合材料，以期获得更好的性能。
本文将介绍石墨烯纳米复合材料的制备方法及其应用。
一、石墨烯纳米复合材料制备方法1.机械混合法这是一种较为简单的制备方法，将石墨烯和其他纳米材料一起经过机械混合后再进行压制成材料。
但是这种方法难以获得优秀的分散效果和界面相容性，因此在性能方面存在局限。
2.沉积法这是一种常见的制备方法，通过将纳米材料分散在溶液中，然后将石墨烯沉积在纳米材料上面。
这种方法可以获得较好的分散效果和界面相容性，但是需要进行复杂的前处理和后处理过程。
3.化学还原法这种方法通过化学反应来制备石墨烯纳米复合材料。
将还原剂与石墨烯和其他纳米材料混合，利用还原剂产生的化学反应来将石墨烯还原，然后与其他纳米材料结合形成材料。
这种方法具有优秀的分散效果和界面相容性，制备操作简单，成本低廉，因此被广泛应用。
二、石墨烯纳米复合材料的应用及优势1.高强材料石墨烯具有优秀的强度和刚度，而与其他材料结合可以进一步提高强度。
例如，与纳米碳管混合的石墨烯可以形成更加坚韧且抗弯曲的材料，因此可以应用于强度要求较高的结构材料中。
2.高导电和高热导材料石墨烯本身具有优秀的导电和热导性能，当与其他材料结合可以形成具有更高导电和热导性能的材料。
例如，与金属纳米颗粒混合的石墨烯可以形成高效的热界面材料，用于导热和散热。
3.吸附材料石墨烯和其他纳米材料结合可以形成高效的吸附材料，例如，与氧化镁纳米颗粒混合的石墨烯可以应用于吸附有机污染物的处理。
4.传感器石墨烯和其他纳米材料结合可以形成高灵敏、高精度的传感器，例如，与金属纳米颗粒混合的石墨烯可以应用于制备高灵敏的压力传感器。
综上所述，石墨烯纳米复合材料可以应用于很多领域，具有优良的性能和广阔的应用前景。
石墨烯的性质与应用.
石墨烯的性质与应用.石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，其特殊的结构和性质使其成为当前研究领域的热点之一。
本文将从石墨烯的性质、制备方法以及应用方面进行介绍。
1. 电子性质石墨烯的电子结构非常特殊，其价带和导带之间的带隙很小，电子穿越石墨烯时呈现线性的色散关系，而且电子的速度非常快。
这些特殊的电子性质让石墨烯被认为是一种有潜力的电子材料，可以用于制作超高速电子器件。
2. 机械性质石墨烯的强度和刚度非常高，堪比钢铁。
此外，石墨烯的柔韧性也很好，可以通过弯曲和滚动来适应各种形状和表面。
这些独特的机械性质使得石墨烯成为一种非常有前途的材料，用于制作柔性电子器件、高效的能量转换器和悬挂桥梁等。
3. 热学性质石墨烯因为薄度只有单层碳原子，热导率也非常好，高达3000 W/mK，是铜的5倍之多。
同时，石墨烯也具有非常低的电阻率、热膨胀系数等热学特性，或许可以用于高效的热管理问题。
石墨烯非常薄，且电子可以自由穿越，因此具有良好的透明性。
石墨烯的吸收光谱在可见光范围内几乎是0，因此可以用于制作高透明电子器件和光学器件。
二、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是将石墨中的一层石墨单晶体通过普通胶带的剥离操作获得的石墨烯样品。
该方法简单易行、成本低，但由于胶带的存在，易造成污染。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过完整的碳源物质在高温、高真空下生长石墨烯。
该方法能够控制石墨烯的晶粒度和质量，并可以在大面积上制备石墨烯，因此是一种非常有前途的制备方法。
液相剥离法将石墨片浸泡在溶液中，通过物理化学相互作用降解去除多层结构石墨，最终得到单层的石墨烯。
该方法操作简便，但是其制备效率有待提高。
石墨烯具有优良的机械性能和电子性能，因此可以用于制作柔性电子器件，这些器件可以曲折自如地适应各种形状和表面，如曲面显示屏、柔性太阳能电池和电子纸等。
2. 能量存储器件石墨烯在电容器、超级电容器、电池等领域的运用非常广泛。
石墨烯具有高的电子迁移速度、良好的电容性能和出色的电解质离子传输能力，因此在能量存储器件领域应用前景广泛。
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。
自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。
石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。
石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。
其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。
化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。
化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。
物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。
流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。
微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。
石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。
首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。
FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。
其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。
此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。
石墨烯纳米复合材料
石墨烯纳米复合材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有优异的导热、导电、机械强度和化学稳定性等特性。
因此，石墨烯被广泛应用于电子、能源、材料和生物医药等领域。
而石墨烯纳米复合材料则是将石墨烯与其他纳米材料进行复合，以期望获得更加优异的性能和应用。
本文将介绍石墨烯纳米复合材料的制备方法、性能以及应用前景。
首先，石墨烯纳米复合材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法等多种途径。
物理法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学氧化还原法等；化学法主要包括溶液剥离法、化学还原法和化学气相沉积法等；生物法则是利用生物体内的生物合成途径来制备石墨烯。
不同的制备方法会影响石墨烯纳米复合材料的结构和性能。
其次，石墨烯纳米复合材料具有优异的性能。
首先，石墨烯的高导热、高导电性能使得纳米复合材料具有优异的导热、导电性能，可应用于导热材料和导电材料领域；其次，石墨烯的高机械强度和化学稳定性使得纳米复合材料具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，可应用于材料强化和防腐蚀领域；最后，石墨烯的大比表面积和丰富的官能团使得纳米复合材料具有优异的吸附性能和催化性能，可应用于吸附材料和催化材料领域。
最后，石墨烯纳米复合材料具有广阔的应用前景。
首先，在电子领域，石墨烯纳米复合材料可应用于柔性电子、导电油墨和电磁屏蔽材料等领域；其次，在能源领域，石墨烯纳米复合材料可应用于锂离子电池、超级电容器和光伏材料等领域；最后，在材料和生物医药领域，石墨烯纳米复合材料可应用于复合材料、药物载体和生物传感器等领域。
综上所述，石墨烯纳米复合材料具有优异的性能和广阔的应用前景，其制备方法、性能和应用前景将会在未来得到更加广泛的研究和应用。
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。
石墨烯及其衍生物的制备与应用
石墨烯及其衍生物的制备与应用石墨烯是一种新型的纳米材料，由于其独特的结构和优异的性能，被广泛应用于电子、光电和能源等领域。
石墨烯是由碳原子组成的单层蜂窝状晶体结构，并具有极高的比表面积、电导率和热导率，是继碳纳米管之后的又一种碳纳米材料。
石墨烯的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、机械剥离、石墨氧化还原等。
其中，机械剥离法是最古老也是最常用的一种方法，主要是通过石墨烯的层层剥离来制备石墨烯。
这种方法需要特殊的材料和设备，且制备过程需要严格的环境控制和操作技巧。
另外，化学气相沉积技术、化学还原法、水热法、溶液剥离法、微波加热法等也是制备石墨烯的常用方法。
除了石墨烯本身之外，其衍生物也是研究领域的一个热点。
石墨烯衍生物指的是通过对石墨烯进行功能化、改性等处理而形成的材料。
其中，氧化石墨烯是最常见和广泛应用的衍生物之一，可通过氧气、硫酸、硝酸等一系列化学处理来制备。
此外，氨化石墨烯、氯化石墨烯、磷化石墨烯等也是石墨烯衍生物的重要类型。
石墨烯及其衍生物在电子、能源和材料科学等领域具有广泛的应用前景。
在电子领域，石墨烯由于其极高的电导率和运动速度被广泛用于半导体、透明电极、传感器等领域。
在能源领域，石墨烯具有优异的光催化性能，可以用于光催化制氢、太阳能电池等。
同时，石墨烯也可以作为电池、超级电容器的电极材料，具有极高的储能效果。
石墨烯还被广泛应用于材料科学领域。
石墨烯的高比表面积使其可以作为催化剂载体、吸附材料等，大大提高了其特定表面积的催化效率。
此外，石墨烯的高强度、高模量等特性也使其成为一种优秀的结构材料。
例如，在航空航天、汽车等领域，石墨烯可以被用作强度增强材料、防撞材料、隔热材料等。
总的来说，石墨烯及其衍生物是一种新型的功能材料，具有极高的应用价值和研究意义。
未来，随着技术的不断进步和研究的深入，石墨烯和其衍生物的应用领域将会更加广泛，更加深入。
石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展
石墨烯 具有优 异的热性 能 、 力学 性能及 电性 能 ， 特 别 是氧化 石 墨烯 由于 成 本低 、 料 易 得 、 原 比表 面 积 超 大 、 面官 能 团丰 富 ， 表 在经过了稳 定存 在 的石 墨烯 。石 墨烯 得 的出现颠 覆 了传 统 理论 ， 使碳 的晶 体结 构 形成 了从 零 维 的富勒 烯 、 维的碳 纳米管 、 一 二维 的石墨烯 到三维 的 金 刚石和 石墨 的完整 体系 ］ 。 作 为一种 独特 的二 维 晶体 ， 墨烯 具 有 非常 优 异 石
ｍ 。。、
液 中的石墨烯 也可 与聚合物 单体混 合形成 复合材料 体 系 。此 外 ， 墨烯 的加入使 复合材料 多功 能化 ， 石 不仅 表 现 出优 异的 力学和 电学性能 ， 且具有 优 良的加工性 能 ，
为复合 材料 提供 了更广 阔的应用前 景 。
ｌＳ・ ｍ一 。张 好斌 等［］ １ 对微 孑 ＭＡＡ／ 墨烯 ３ ＬＰ 石
导 电纳米复合 材料 进行 了研 究 ， 现极 少 量 均匀 分 散 发
作 者在 此 阐述 了石 墨烯 纳 米 复 合 材 料 的制 备 方
法 ， 石墨烯 纳米 复合 材 料 的应 用研 究 进展 进 行 了综 对
的石墨烯 即能显著 改变 材料 的 泡孔 结 构 ， 为制备 综 合 性 能优异 的微 孔 发 泡材 料 提供 了基 础 。黄 毅 等ｎ 通 过 溶液共混 制备 了石 墨烯 增 强 的聚 氨 酯 （ Ｕ） Ｐ 复合 材
基体 中形 成纳米级 分散 ， 改善聚合 物 的热性 能 、 在 力学 性 能及 电性 能 等方 面 具有 更大 的潜 力 。石 墨烯／ 聚合
石墨烯的制备及其电化学性能
石墨烯的制备及其电化学性能一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，便因其独特的结构和优异的性能引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯以其高导电性、高热导率、高强度以及良好的化学稳定性等特性，在材料科学、电子学、能源科学等多个领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在电化学领域，石墨烯因其高比表面积、优良的电子传输性能和化学稳定性，被广泛应用于电极材料、储能器件以及电化学传感器等方面。
本文旨在全面介绍石墨烯的制备方法及其电化学性能。
我们将概述石墨烯的基本结构和性质，以及其在电化学领域的应用背景。
随后，我们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，并分析各方法的优缺点及适用范围。
接着，我们将重点探讨石墨烯在电化学领域的应用，包括其在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等储能器件中的性能表现，以及其在电化学传感器中的应用。
我们将对石墨烯的电化学性能进行综合分析，展望其在未来电化学领域的发展趋势和应用前景。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，根据其制备原理，主要可以分为物理法和化学法两大类。
物理法：物理法主要包括机械剥离法、取向附生法和碳纳米管切割法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料。
取向附生法则是在一定条件下，使碳原子在金属单晶（如Ru）表面生长出单层碳原子，然后利用金属与石墨烯之间的弱相互作用，将石墨烯与金属基底分离。
碳纳米管切割法则是通过切割碳纳米管得到石墨烯纳米带。
化学法：化学法主要包括氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法（CVD）等。
氧化还原法是通过将天然石墨与氧化剂反应，得到氧化石墨，再将其进行热还原或化学还原，从而制备出石墨烯。
SiC外延生长法是在高温条件下，使SiC中的Si原子升华，剩余的C 原子在基底表面重新排列，形成石墨烯。
石墨烯纳米复合材料及其应用
石墨烯纳米复合材料及其应用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、热传导性和化学稳定性，所以被广泛地应用于各种领域中。
近年来，石墨烯与纳米复合技术的结合，使得新材料的性能得到了大幅度提升，而石墨烯纳米复合材料的研究也成为了材料科学领域的热门话题。
一、石墨烯纳米复合材料的制备方法1. 化学还原法化学还原法是目前使用最为广泛的方法之一，它利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯。
在此基础上，通过添加不同的纳米材料，可以制备出石墨烯复合材料。
化学还原法制备出的复合材料，具有制备简单，成本低廉等优点。
2. 机械合成法机械合成法是通过机械研磨的方法将不同原材料混合制备而成的。
该方法可同时制备出纳米复合材料和石墨烯基材。
机械合成法的优点是制备工艺简单，对原料的要求不高，且制备出的材料具有极好的分散性和稳定性。
3. 真空热蒸发法真空热蒸发法是利用高温真空条件下，将石墨烯和纳米材料掺杂在一起来制备纳米复合材料。
该方法可以制备出高质量、高纯度的石墨烯纳米复合材料。
二、石墨烯纳米复合材料的应用领域1. 电子器件石墨烯纳米复合材料可以制备出具有优异性能的电子器件。
由于石墨烯的高导电性和高透明性，因此可以制备出透明导电膜、柔性电极等新型电子组件。
此外，石墨烯与纳米金属粒子复合后，还可用于纳米传感器的制备。
2. 光电功能材料石墨烯与半导体纳米材料复合后，可以制备出光电功能材料。
石墨烯的高导电性、高透明性和优异的光学性能，可以提高太阳能电池、有机发光二极管和光电探测器等光电器件的性能，并且可以延长其使用寿命。
3. 生物医药材料石墨烯复合纳米材料在生物医药领域中也有着广泛的应用。
例如，石墨烯与纳米颗粒复合后，可以制备成高效的抗菌和抗病毒药物，同时具有良好的生物相容性。
此外，石墨烯还可以用于生物成像、癌症治疗等领域。
三、石墨烯纳米复合材料的优势1. 优异的物理性能石墨烯纳米复合材料具有石墨烯和纳米材料的优异性能，如高导电性、高透明性、优异的力学性能、高比表面积和化学稳定性等。
石墨烯纳米带作用
石墨烯纳米带作用
石墨烯纳米带是一种具有特殊结构的石墨烯，其宽度通常小于
50nm。
这种独特的结构赋予了石墨烯纳米带许多重要的作用和应用前景。
在电子器件领域，石墨烯纳米带具有出色的导电性和导热性，可用于制造高速、低能耗的电子元件，如晶体管、传感器和芯片等。
其纳米级的尺寸使其能够在更小的空间内实现更多的功能，为电子设备的微型化和集成化提供了可能。
此外，石墨烯纳米带的量子confinement 效应使其在量子计算领域显示出巨大的潜力。
研究人员发现，石墨烯纳米带可以作为纳米级的电子陷阱，对电子的运动进行精确控制，这对于实现量子计算中的量子比特操作非常重要。
在能源领域，石墨烯纳米带也有望发挥重要作用。
例如，可将其应用于太阳能电池中，提高能量转换效率；或用于锂离子电池，提升电池的容量和充电速度。
另外，石墨烯纳米带还在化学传感器、生物医学检测等领域展现出应用潜力。
它可以与生物分子相互作用，通过检测其电学性质的变化，实现对生物分子的检测和诊断。
总的来说，石墨烯纳米带的作用非常广泛，其独特的物理和化学性质使其在多个领域都具有重要的应用前景。
然而，要实现这些应用，还需要进一步的研究和技术突破，以解决诸如大规模制备、性能优化等问题。
石墨烯及其应用前景
石墨烯及其应用前景石墨烯——一种具有广泛前景的材料石墨烯是一种具有很大潜力的新型材料，其各种优异性能引起了人们的极大兴趣。
石墨烯是由碳原子按照六边形排列方式组成的单层二维晶体结构，具有出色的力学、热学、电学性质。
它为未来的纳米科技、新能源技术等领域提供了更多可能性，加速了这些领域的发展。
本文将从石墨烯的特性、制备方法和应用前景三个方面对其进行介绍。
一、石墨烯的特性1.力学性能石墨烯是最轻、最耐用、最坚硬的材料之一，可承受很高的张力，理论上可以持续弯曲至尺寸微小的情况下。
这种石墨烯的高强度和柔性使其在纳米器件中具有广泛的应用前景。
2.热学性能石墨烯具有非常好的热传导性能，远远超过铜和铝，而且在高温下也不会熔化。
除此之外，石墨烯还可以抵御电雷击和腐蚀。
3.电学性能石墨烯是一种物理上难以想象的导体，其电阻率非常低，并且可以跟各种材料相容性极佳，可以应用在各种电子器件中，例如新型超级电池、高性能太阳能电池等。
4.光学性能石墨烯吸收近乎100%的光线，对于制造高效光电子器件、透明电子产品等具有潜在的应用价值，令人兴奋的是，石墨烯单层的透明度约为97.7%。
二、石墨烯的制备方法这里讨论两种较为成熟的制备方法：1.机械剥离法机械剥离法是石墨烯制备的一种基本方法。
该方法是通过机械剥离来获得单层的石墨烯。
机械剥离使用普通的石墨产生石墨片，在表面涂上粘性剂后，用胶带轻轻粘取，重复以上步骤数次，即可获得纯净的石墨片。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是石墨烯制备的另一种方法，其成本相对较低。
该方法是在铂或镍热解烷烃时，产生碳原子，随后加热，碳原子就可以沉积到基底上形成石墨烯单层。
然而，该方法还存在着重复性差、可控性差、杂质高等问题。
三、石墨烯的应用前景由于其特殊的化学、机械和电学性质，石墨烯在各种领域的应用都具有广泛的前景，这里列举一些可能的应用。
1.电子石墨烯在半导体和电子设备中是一种非常有前途的材料，其可以成为制造更快、更紧凑电子设备的材料。
石墨烯纳米复合材料及其应用
石墨烯纳米复合材料及其应用
石墨烯纳米复合材料是指将石墨烯与其它材料（如金属、聚合物等）复合而成的新型材料。
石墨烯是一种只有一个原子厚度的碳原子晶格，具有高强度、高导电性和高导热性等特性。
将石墨烯与其它材料复合能够进一步优化其性能，并扩展其应用领域。
石墨烯纳米复合材料的制备方法多样，常用的方法包括机械混合、溶液法、化学合成等。
一般来说，制备的过程中需要控制好复合材料中石墨烯与其它材料之间的相互作用，以提高石墨烯的分散性和稳定性。
例如，通过表面修饰或化学反应，能够将石墨烯上的氧化物或氨基替换为有机基团，从而有效地降低石墨烯的亲水性，提高其在有机载体中的分散性。
石墨烯纳米复合材料具有多种精密仪器领域的应用，例如在传感器和电子器件的设计中扮演了重要角色。
特别是石墨烯与金属复合的导电性能优异，可以应用在高灵敏度传感器的设计中。
此外，石墨烯与聚合物复合的力学性能也得到了广泛关注，它们在制备高强度复合材料、飞机零部件等方面的应用也表现出出色的潜力。
总之，石墨烯纳米复合材料具有优良的性能和广泛的应用潜力，制备技术的不断发展和深入研究将有助于其在更多领域的应用。
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石墨烯纳米带的制备及其应用：[1]于璇,刘一,叶雨萌,肖胜雄.石墨烯纳米带的制备方法[J].上海师范大学学报(自然科学版),2018,47(05):539-551+508.石墨烯是一种二维大平面结构, 为了维持其自身的稳定, 很容易产生皱褶、起伏等结构缺陷.因此, 近年来研究者们开始着重研究石墨烯不同形态的衍生物.其中, 石墨烯纳米带(GNRs) 成为继CNTs之后被广泛关注的一类准一维碳基纳米材料.GNRs是指宽度小于50 nm的石墨烯条带, 其理论模型最初于1996年由FUJITA等[3,4,5]提出, 以检查石墨烯中的边缘和纳米级尺寸效应.由于其具有高载流子迁移率, 石墨烯也被公认为是纳米电子学未来最有应用前景的材料之一.尽管如此, 在纳米电子学中利用石墨烯的最大挑战之一就是其缺乏足够大的带隙[6].因为没有带隙, 则难以关闭石墨烯场效应晶体管(FETs) , 导致较小的开关比, 所以石墨烯不能直接应用于晶体管.要想在打开石墨烯带隙的同时保证其载流子迁移率不下降, 最好的办法就是将石墨烯裁剪成宽度较小的GNRs.当材料的尺寸变得等于材料中电子运动的特征长度时, 材料的性质在很大程度上取决于其尺寸和形状.GNRs结构引起的量子限域可以引入相当大的带隙, 使得GNRs可以应用于纳米电子学中.虽然GNRs不具有石墨烯那样易于器件化的平面结构, 但它继承了石墨烯的许多优异性质, 且由于GNRs特殊的边缘限域效应, 从而使其具有比石墨烯更灵活的可调节性质和更大的实用价值.1.1 自上而下的制备方法到目前为止, 人们对石墨烯的制备方法进行了各种研究, 取得了很多进展, 其基本思路可以分为两种:一种是以天然石墨为原料, 从大到小剥离得到单层的石墨烯材料;另一种是从碳原子出发, 从小到大合成GNRs.但如何大批量的制备高质量石墨烯, 仍然是学术界急需解决的问题.自上而下的方法是目前较成熟的方法之一, 该方法是把大的GNRs、石墨烯晶体、CNTs 等通过一系列的方法变成所需尺寸的纳米带.这种方法不能提供均匀的超窄带宽度和原子级精确边缘, 但是相比于自下而上的制备方法可以大规模的合成GNRs.如图4所示, GNRs的制备方法可以简单总结为几种[12]: (a) 多壁碳纳米管(MWCNTs) 的嵌入-剥离方法, 包括在液态NH3和Li中进行处理, 以及随后使用HCl和热处理的剥离方法; (b) 化学途径方法, 涉及可能破坏碳-碳键的酸反应, 例如硫酸(H2SO4) 和高锰酸钾(KMnO4) 作为氧化剂; (c) 催化方法, 其中金属纳米粒子像剪刀一样纵向“切割”CNTs; (d) 电学方法, 让电流通过CNTs;(e) 物理化学方法, 将CNTs嵌入聚合物基质中, 然后进行Ar等离子体处理, 得到的结构是展开的碳纳米管, 如图4 (f) 所示, 进一步得到GNRs.下面将具体从解卷CNTs法、催化反应解离石墨烯法和石墨烯刻蚀法等方法详细介绍如何制GNRs.1.1.1 解卷CNTs法由于GNRs在结构上与CNTs相关, CNTs可以被视为卷起的GNRs, 因此可以通过纵向拉开CNTs来合成GNRs.而解卷CNTs的方法多种多样, 目前比较成熟的就是将CNTs通过一定的方式变成GNRs.解卷CNTs是利用外界作用将管状CNTs切割成带状GNRs的方法.该方法工艺简单、成本低廉, 并且所得GNRs尺寸均一、边缘平整、缺陷低, 因此在大规模制备高质量GNRs领域呈现具体广阔前景.CNTs是圆柱形碳同素异形体, 有明确且可控的直径, 这使得它们成为精确尺寸GNRs的合适前体.KOSYNKIN等[14]报道了一种基于溶液的氧化工艺以打开MWCNTs.他们首先将MWCNTs悬浮在浓H2SO4中, 然后用KMnO4处理, 将混合物在室温下搅拌1 h, 然后在55~70℃下再加热1 h.该过程完成之后, 纳米带的边缘和表面上都会出现含氧物质, 例如环氧化物、羰基、羧基和羟基, 其机理见图5[14].在此过程中, 由于高锰酸盐的氧化作用, 烯烃被氧化, MWCNTs被解链成GNRs, 如图6 (a) 所示.经过分离处理之后, 收集最终产物并用扫描电子显微镜(SEM) 和原子力显微镜(AFM) 表征, 这两项测试结果都表明在剩余少量MWCNTs的情况下形成了GNRs.但是原始MWCNTs的直径为40~80 nm, 所产生的GNRs 的宽度超过100 nm, 如图6 (b) 所示.大多数GNRs的厚度为1~3层, 宽度为10~20 nm, 如图6 (c) 所示.图6 (d) 清楚地表明了在纳米颗粒的切割下, 产生了部分展开的CNTs.然而, 沿CNTs轴向和垂直于CNTs轴的方向都能够观察到切口, 因此解卷的过程难以得到精确控制.HUANG等[15]用KMnO4和H2SO4混合处理CNTs, 沿着一个轴心将CNTs打开, 得到宽度在100~500 nm的GNRs, 如图7[15]所示.这种方法虽然可以制备大量的GNRs, 但是得到的GNRs不是半导体, 其在半导体器件中的应用受到了一定的限制.1.1.2 催化反应解离石墨烯在二维材料的很多应用中, 需要先将石墨烯切割成特定的形状.虽然它们可以在强氧化或者高能等离子体环境中进行切割, 但是为了保证石墨烯样品的质量, 希望能在更温和的条件下进行切割.其中一种可能的途径是使用金属纳米粒子作为催化剂, 而金属纳米粒子催化的石墨烯切割存在新的机理, 所以为了切割过程更加可控, 需要对其机理进行深入了解.前面所提到的在强氧化条件下进行的解卷CNTs是被普遍接受的“拉链”定理, 而这种定理无法解释运用金属纳米粒子来解离石墨烯过程中出现的诸多纳米粒子效应.碳碳键可以通过催化反应解离, 因此通过沉积催化金属颗粒可以从石墨烯薄片中切出石墨烯纳米结构.铁(Fe) 或镍(Ni) 的金属颗粒在氢气(H2) 存在下可以与石墨烯相互作用并解离碳碳键.这种相互作用蚀刻石墨烯的方法会产生由C和H组成的气体产物, 例如甲烷(CH4) .这一过程类似吃豆人游戏中的吃豆过程, 因此相关的机理被称为“吃豆人”机理.当颗粒的切割路径彼此平行而不是交叉时, 可以产生GNRs, 并且宽度可以达到10 nm, 具有明确的边缘[16,17,18].切割路径的方向性是有明确定义的, 如暴露于金属颗粒的石墨烯表面AFM图像的示意图所示(图8[16]) .图8是该类反应的示意图, 在典型的方法中, 将氯化镍(Ni Cl2) 的水溶液旋涂到剥离的石墨烯表面上, 然后在加热板上烘烤让溶剂蒸发.再将处理过的样品在H2/Ar气流下进行两步处理:首先在500℃下退火以使Ni纳米颗粒适当地成核, 然后在1000℃下进行切割.切割后, 通过AFM观察到具有明确角度的沟槽, 表明切割过程是高度的各向异性.因此, 该切割方法可用于合成具有良好可控边缘结构的GNRs.对于单层石墨烯, 沟槽之间的角度主要是120°和60°, 分别由图9 (a) 和图9 (b) 所示.因为这种方法不能预先确定切割方向, 获得的石墨烯纳米结构的形状是各种各样的, 所以如果想要将该技术运用于实际中, 则需要进一步的实验工作来控制纳米带的形状.1.1.3 刻蚀法纳米线刻蚀法(NWL) 是用氧等离子体刻蚀石墨烯, 以纳米线为掩膜板来制备GNRs.如图10[19]所示, BAI等[19]将石墨烯沉积在硅(Si) 基板上, 在石墨烯上排列出纳米线阵列, 用氧等离子体进行刻蚀, 经过超声波降解处理得到GNRs.这种方法制得的GNRs具有较小的宽度, 但是产率不高, 无法大规模生产.虽然刻蚀法制备的GNRs宽度小, 杂质少, 电学性能好, 但是难以实现大规模、高质量、边缘构型和尺寸可控的制备, 且这种方法使用的设备较复杂、昂贵.1.2 自下而上的制备方法对石墨烯或CNTs进行原子精度可控的切割是一项艰难的工作, 相比较而言, 如若将欲构建的GNRs看作是几十或几百甚至几千个共轭大分子经过“缝合”而相互连接, 即自下而上法, 这未尝不是一种好的替代方法.自下而上的制备思路使得无论是传统的基于溶液的聚合化学, 即湿法有机合成, 还是新兴的表面介导合成都在此占有一席之地, 与自上而下的制备方法相比, 其最大优势就在于能确保原子精度可控, 从而降低因边缘混乱造成的GNRs性质的改变.1.2.1 表面介导合成法该方法是基于含两个卤素取代的分子, 经热活化脱卤, 再自由基加成形成线性聚合物链, 并借助表面辅助耦合环化脱氢, 构建完整的GNRs.通过分子前体生长法, 可以生产出不同的拓扑结构和宽度的原子级精度的GNRs.CAI等[20]在金(Au) (111) 表面, 用10, 10'-二溴-9, 9'-二十烯基单体通过两步合成了N=7的纳米带, 第一步是在200℃退火而热活化, 在该温度下, 脱卤中间体具有足够的热能以沿着表面扩散并在单体之间形成共价C-C键, 进而形成聚合物链;第二步则是在400℃中退火10 min, 通过诱导聚合物链的分子内环化脱氢, 从而形成N=7的AGNRs.除此之外CAI等[20]还用类似的方法, 选用6, 11-二溴-1, 2, 3, 4-四苯基三亚苯作为前体单体, 制备了具有N=6和N=9的交替宽度的、周期为1.70 nm的V形GNRs和纯扶手椅边缘结构(图11[20]) .虽然表面辅助的GNRs合成能够制备和表征具有不同宽度、边缘结构、杂原子掺杂和异质结的原子精确GNRs, 但是这种方法需要能够产生特高真空度的复杂而昂贵的装置, 并且耗费时间, 不利于大规模制备, 从而妨碍了其实际应用.1.2.2 湿法有机合成利用自下而上的湿法有机合成制备GNRs的研究最早可追溯到1970年, 当时STILLE 等[21]首次报道了尝试合成由六边形和五边形的芳环组成的完全共轭梯形聚合物, 虽然这种芳族梯形聚合物当时不被认为是GNRs, 但它们的芳香族带状结构确实可以被看作是具有确定缺陷的GNRs, 当时得到的梯型聚合物由于很强的π-π堆积相互作用, 几乎不溶解, 因此并未确定其结构特征.1993年, CHMIL等[22]报道了利用McMurry偶联合成了仅由六元环组成的称为“角多并苯”的完全共轭梯型聚合物, 该聚合物被认为是具有限定结构的最窄的GNRs 之一.FOGEL等[23]通过化学计量控制的微波辅助Diels-Alder反应构建了具有重复单元中的刚性二苯并[e, l]芘核的5个单分散线性聚苯基的同源系列化合物.通过加入多达6个二苯并[e, l]芘单元, 在芳环骨架上的碳原子从132 (n=1) 提升至372 (n=5) 个(图12[23]) , 随后环化脱氢得到平面化的纳米带.含有132个碳原子的最低同系物具有足够的可溶性可以被完全表征, 而这些平面化分子(n>2) 的较高同系物的表征则由于其较低的溶解度而受到阻碍.YANG等[24]从前体分子1, 4-二碘-2, 3, 5, 6-四苯基苯出发, 首次借助Suzuki-Miyaura聚合, 设计出长度达12 nm、n=9的扶手椅线性二维GNRs的新颖合成方法(图13[24]) , 并用质谱(MS) 、紫外-可见光谱(UV/vis) 、扫描电子显微镜(SEM) 等方法进行了表征.由于在纳米带边缘位置引入了大量烷基链, 使得其在普通有机溶剂中能获得良好的溶解度.在此之后, 大量研究者利用Suzuki-Miyaura聚合合成了形形色色的纳米带.例如, 通过选用不同类型硼酸酯, 如苯二硼酸酯、萘二硼酸酯、蒽二硼酸酯等与相同的前体分子偶联[25,26], 从而获得不同宽度的纳米带(图14[26]) .由于其较为扭曲的分子骨架, 使其获得了更大的聚合度, 且随着GNRs变宽, 空穴和电子迁移率也有变高的趋势, 最高可达7.11×10-2cm2·V-1·s-1, 具有较好的FETs性能.除了Suzuki-Miyaura反应和Diels-Alder反应之外, Yamamoto耦合反应也是一种合成纳米带的常用方法.Yamamoto耦合通常只需要一种二卤单体, 且反应能克服较大的空间位阻, 因此借用此法可获得空间较为拥挤的GNRs前体.SCHW AB等[27]借助双氯前体分子首次获得横向扩展宽度为1.54~1.98 nm且带隙低至1.12 eV的GNRs (图15[27]) , 且对光谱的近红外区域具有广泛的吸收, 其GNRs前体的重均分子量达52000 g/mol, 相比于Suzuki-Miyaura 聚合, 显现出极好的合成效率.而后, 该课题组又用类似方法创造性地合成出宽度约为 2.1 nm且纵向长度达到约10 nm的N=18的AGNRs, 其光学带隙约为1.6 eV[28].最近, ZENG等[29]通过湿化学方法合成了一系列可溶且稳定的CP环稠合低聚物(图16[29]) , 在空气环境和光照条件下, 这些萘嵌苯化合物在甲苯中的光稳定性测试表明它们具有良好的稳定性, 并且有类似的开放壳单线基态.所有这些低聚物的几何形状在密度泛函数RB3L YP/6-311G (d) 模型基组水平上进行了优化, 观察到类似的弯曲结构, 它们的弯曲角度θ, 定义为中央六元环的质心与两个末端的碳-碳之间的角度, 且随着CP环数量的增加, CP环稠合低聚物的分子弯曲角度达到155.54° (图17[29]) .SLOTA等[30]课题组发表了一种新的自下而上的分子合成方法, 它可以制备具有各种结构的原子级精确的GNRs, 这些结构可以通过分子前体的形状独特地定义.他们使用硝基氮氧化物(NIT) 基团作为磁性注射器(图18[30]) , 通过基于溶液的自下而上的化学方法, 将稳定分子GNRs的边缘状态注入自旋密度.这种方法的优点是:在GNRs中引入磁功能, 显示出有趣的量子特性;不依靠无法直接观察的化学反应来创造边缘状态;样品可以批量生产, 而不是只出现在一个设备上;可以测试批量样品中的经典量子自旋特性.图18 (a) 为NIT聚亚苯基的合成路径和硝基氮氧化物GNRs (NIT-GNRs) , 旋转自由基显示为蓝色;图18 (b) 为NIT-聚亚苯基及其局部态密度能级, 显示其没有能带结构, 并且其自旋位于NIT基团上;图18 (c) 为NIT-GNRs及其带状结构, 显示局部状态和离域边缘状态内的自旋注入.在图18 (b) 和图18 (c) 中, 针对不同能量范围计算的密度被描绘为绿色、蓝色和橙色阴影区域(参见箭头) ;对于给定的能量间隔, 蓝色虚线和红色实线对应于旋转和旋转状态的局部密度.到目前为止, 湿法合成仅限于大带隙的半导体特性的GNRs, 由于其固有的高反应活性, 具有潜在金属性质的GNRs的合成仍未成功.所以, 具有金属或半金属性质的、可溶性的、稳定的、非常长的GNRs的湿化学合成仍然是一项非常具有挑战性的任务.六方氮化硼表面石墨烯纳米带生长与物性研究_陈令修石墨烯纳米带一般是指宽度小于50nm 的准一维碳材料,能带结构类似于碳纳米管.自上而下的方法制备石墨烯纳米带主要是通过将机械剥离的单层石墨烯薄膜转移至h-BN 表面,然后通过氢等离子体各向异性刻蚀得到不同宽度的石墨烯纳米带h-BN 表面自下而上制备石墨烯纳米带的方法主要分为两种:台阶外延生长法[55,60] 和模板法[48]首先通过高温退火对机械剥离的h-BN 样品进行表面处理,得到干净平整的h-BN 表面;然后,在还原气氛条件下,利用金属纳米颗粒在h-BN 表面刻蚀出单原子层、边缘平直且方向、宽度具有一定可控性的纳米沟槽,然后通过CVD 法在沟槽中外延生长石墨烯.在石墨烯纳米带生长过程中,由于纳米沟槽两侧台阶处成核所需要克服的势垒小于表面成核势垒,所以通过控制生长温度、压强与生长气体流量比等因素,可实现仅在h-BN 纳米沟槽内生长石墨烯纳米带.扶手型锯齿形。