中科院金屬研究所沈陽材質(zhì)科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室科研人員運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法制備出石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造材質(zhì)，一舉攻陷石墨烯制備難題,，將石墨烯制備帶入產(chǎn)量高,、生長(zhǎng)面積大的新時(shí)代,。這一突破不久前入選了2011年度中國科學(xué)**進(jìn)展。為了揭露石墨烯這一隱秘材質(zhì)的面紗,，新聞?dòng)浾呷涨安稍L了中科院金屬所的科研人員,。據(jù)介紹，石墨烯是一種新型碳材質(zhì),，為單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu),。石墨烯的導(dǎo)電性極好，在射頻晶體管,、超靈敏傳感器,、柔性透明導(dǎo)電薄膜、***和高導(dǎo)復(fù)合材料,、高性能鋰離子電池組和超級(jí)電容器等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力,，成為全人類目前已知的強(qiáng)度**高的物質(zhì)。它不*可以開發(fā)制造出薄如紙片的超輕型飛機(jī)材質(zhì),、超韌性的防彈衣,，甚至還能為將來制造“太空電梯”纜線敞開期望之門。但是,，繁復(fù)的制造工藝阻撓著石墨烯的普遍使用,。高質(zhì)量石墨烯的大量制備以及把石墨烯片組裝成具備特定構(gòu)造的材質(zhì)對(duì)綜合利用石墨烯的眾多不錯(cuò)特性、實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用具備極度關(guān)鍵的含義,。據(jù)該所科研人員介紹,，他們?cè)谑┤S體材質(zhì)的宏量制備和應(yīng)用中使用泡沫金屬作為生長(zhǎng)基體，運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法方式制備出兼具三維連接網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的泡沫狀石墨烯體材質(zhì),。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料戶外使用具有超長(zhǎng)耐候性,。四川石墨烯防腐涂料

石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp雜化軌道成鍵，并有如下的特點(diǎn):碳原子有4個(gè)價(jià)電子,，其中3個(gè)電子生成sp鍵,，即每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)一個(gè)位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵,，新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài),。研究證實(shí)，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3,，每?jī)蓚€(gè)相鄰碳原子間的鍵長(zhǎng)為×10米,，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外,，每個(gè)碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵(與苯環(huán)類似),，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能,。石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s)，這一數(shù)值超過了硅材料的10倍,，是已知載流子遷移率比較高的物質(zhì)銻化銦(InSb)的兩倍以上,。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達(dá)250000cm/(V·s),。與很多材料不一樣,，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下,，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm/(V·s)左右,。另外,，石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)可以通過電場(chǎng)作用改變化學(xué)勢(shì)而被觀察到,，而科學(xué)家在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。無污染石墨烯功能石墨烯抗靜電阻燃復(fù)合材料高氧指數(shù),，以及良好的流動(dòng)性與力學(xué)性能,。

石墨烯的研究熱潮也吸引了國內(nèi)外材料植被研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法,、化學(xué)氧化法,、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法,、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等,。1、微機(jī)械剝離法2004年,，Geim等***用微機(jī)械剝離法,，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)到其形貌,，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因,。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足,，不滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備,。2,、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)?；苽涫┑膯栴}方面有了新的突破,。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù),。麻省理工學(xué)院的Kong等,、韓國成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯,。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w,，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕,，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜,。

溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中，形成低濃度的分散液,，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力,，此時(shí)溶劑可以插入石墨層間，進(jìn)行層層剝離,，制備出石墨烯,。此方法不會(huì)像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高質(zhì)量的石墨烯,。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率比較高(大約為8%),，電導(dǎo)率為6500S/m。研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨,、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯,。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，整個(gè)液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷,，為其在微電子學(xué),、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低,。教授們使用膠帶將石墨片層層撕離,，得到了非常薄的一層石墨片。

這種石墨烯體材質(zhì)完整地復(fù)制了泡沫金屬的構(gòu)造,，石墨烯以無縫連接的方法組成一個(gè)全連接的總體,，兼具出色的電荷傳導(dǎo)能力、850平方米/克的比表面積,、％的孔隙率以及5毫克/立方厘米的極低密度,。負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的**告知新聞?dòng)浾撸@種方式可控性好,，容易放大,，通過變動(dòng)工藝條件可以調(diào)控石墨烯的平均層數(shù)、石墨烯網(wǎng)絡(luò)的比表面積,、密度和導(dǎo)電性,，并且使用基體卷曲的方式他們可制備出170毫米×220毫米及更大面積的石墨烯泡沫材質(zhì)。基于石墨烯泡沫與眾不同的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,，中科院金屬所還使用原位聚合的方式制備出石墨烯泡沫/硅橡膠復(fù)合材料,，在石墨烯添加量*為％的條件下，復(fù)合材料的電導(dǎo)率可達(dá)10西門子/厘米,，比基于化學(xué)氧化剝離法制備的相同添加量的石墨烯復(fù)合材料的電導(dǎo)率提高了6個(gè)數(shù)量級(jí),，也大于碳納米管復(fù)合材料的電導(dǎo)率。而且這種復(fù)合材料有著很好的柔韌性和穩(wěn)定性,，在彎折和拉伸等條件下*有很小的電阻變化,，在應(yīng)力獲釋后可很快回復(fù)其原有形貌和電阻值，是一種完美的彈性導(dǎo)體材質(zhì),，這一性能使其在柔性顯示器,、可穿戴式移動(dòng)通訊裝置和人造肌膚等柔性電子方面兼具空曠的應(yīng)用前途。在采訪終結(jié)時(shí)**強(qiáng)調(diào),，以多孔金屬作為生長(zhǎng)基體是石墨烯化學(xué)氣相沉積法發(fā)育的一條新思路,。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料顏色、性能可根據(jù)客戶需求定制,。改性石墨烯費(fèi)用

應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料,，還可以應(yīng)用于橡膠,、塑料,、樹脂、纖維等高分子復(fù)合材料領(lǐng)域,。四川石墨烯防腐涂料

石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成及其物理性能從其化學(xué)結(jié)構(gòu)組成上來看,，它是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型（呈蜂巢晶格）的二維碳納米材料。其次從其物理性能上來看,，它具有光學(xué),、電學(xué)、力學(xué)特性一部分列的物理性能,，從這也可以表現(xiàn)出它是一種非金屬材料,，其不具備金屬所擁有的性能。石墨烯是蠢脊由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料是已知世界上**薄,、**硬的材料,，被譽(yù)為“黑金”、“新材料***”,。石墨烯的厚度可達(dá)頭發(fā)絲的20萬分之一,，強(qiáng)度是鋼的200倍?？茖W(xué)家預(yù)言,，石墨烯將會(huì)是21世紀(jì)****重要，要優(yōu)先集中精力的新材料，市場(chǎng)應(yīng)用前景不可估量,。石墨烯不僅*是電子產(chǎn)品,、新能源電池、航空航天領(lǐng)域?qū)е律鐣?huì)的特別要注意關(guān)注,。四川石墨烯防腐涂料