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石墨烯材料 石墨簡(jiǎn)介石墨性能 (1)耐高溫性：石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。 (2)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨呈絕熱體。(3)潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。 (4)化學(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。 (5)可塑性：石墨的韌性很好，可碾成很薄的薄片。 (6)抗熱震性：石墨在高溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí) 石墨烯能帶結(jié)構(gòu) 石墨烯的制備技術(shù)微機(jī)械剝離法（撕膠帶法）用透明膠帶在石墨上粘一下，這樣就會(huì)有石墨層被粘在膠帶上。把膠帶對(duì)折后，粘一下再拉開，這樣，膠帶兩端都沾有石墨層，石墨層又變薄了。如此反復(fù)多次，膠帶上的石墨層薄到只有一個(gè)碳原子的厚度時(shí)，石墨層也就變成了石墨烯。 如何確定石墨烯是單層的？海姆教授的秘訣是，如果將石磨烯放置在鍍有在一定厚度的氧化硅的硅片上。 利用光波的干涉效應(yīng)，就可以有效地使用光學(xué)顯微鏡找到這些石墨烯。這是一個(gè)非常精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)；例如，假若氧化硅的厚度相差超過5%，不是正確數(shù)值300nm，而是315nm，就無法觀測(cè)到單層石墨烯 碳化硅表面外延生長(zhǎng) 該法是通過加熱單晶SiC脫除Si，在單晶(0001) 面上分解出石墨烯片層。具體過程是：將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物。用俄歇電子能譜確定表面的氧化物完全被移除后，將樣品加熱使之溫度升高至1250~1450℃后恒溫1min~20min，從而形成極薄的石墨層，經(jīng)過幾年的探索，Berger等人已經(jīng)能可控地制備出單層或是多層石墨烯。在C-terminated表面比較容易得到高達(dá)100層的多層石墨烯。其厚度由加熱溫度決定，制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。 化學(xué)氣相沉積法將石墨烯薄膜外延生長(zhǎng)（epitaxial growth）于各種各樣基板（substrate） (1)加熱SiC法 通過加熱單晶6H-SiC脫除Si，從而得到在SiC表面外延的石墨烯。將表面經(jīng)過氧化或H2蝕刻后的SiC在高真空下通過電子轟擊加熱到1000℃以除掉表面的氧化物，升溫至1250℃～1450℃，恒溫1～20min，形成石墨烯薄片，其厚度由加熱溫度決定。 這種方法得到的石墨烯有兩種，物理性質(zhì)受SiC襯底的影響很大，一種是生長(zhǎng)在Si層上的石墨烯，由于和Si層接觸，這種石墨烯的導(dǎo)電性受到較大影響，而生長(zhǎng)在C層上的石墨烯則有著極為優(yōu)良的導(dǎo)電能力。但這種方法制造的石墨烯難以被從SiC襯底上分離出來，不能成為大量制造石墨烯的方法。 (2)金屬表面生長(zhǎng) 　　取向附生法是利用生長(zhǎng)基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會(huì)浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“ 孤島” 布滿了整個(gè)基質(zhì)表面，最終它們可長(zhǎng)成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋 8 0 ％后，第二層開始生長(zhǎng)。底層的石墨烯會(huì)與釕產(chǎn)生強(qiáng)烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現(xiàn)令人滿意。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會(huì)影響碳層的特性。另外Peter W.Sutter等使用的基質(zhì)是稀有金屬釕。 肼還原法將氧化石墨烯紙（graphene oxide paper）置入純肼溶液（一種氫原子與氮原子的化合物），這溶液會(huì)使氧化石墨烯紙還原為單層石墨烯 氧化-還原法氧化-還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO) ，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨) ，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán) ，如羧基、環(huán)氧基和羥基 ，得到石墨烯。 Ruoff 等發(fā)現(xiàn)通過加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對(duì)苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4 )和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團(tuán) ，就能得到石墨烯。氧化-還原法可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問題。石墨烯具有極大的比表面積 ，容易發(fā)生不可逆團(tuán)聚 ，一旦團(tuán)聚 ，石墨烯粉末也很難分散于溶劑中。研究表明 ，石墨烯在環(huán)戊酮中分散性最好 ，但可分散濃度也只有 815μg/mL ，要拓展石墨烯在噴涂和液液自組裝等領(lǐng)域的應(yīng)用 ，就需要制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液。 氧化石墨還原法 與石墨相比，氧化石墨由于擁有大量的羥基、羧基等基團(tuán)，親水性較好。氧化石墨經(jīng)過適當(dāng)?shù)某�聲波震蕩處理�?極易在水溶液或者有機(jī)溶劑中分散成均勻的單層氧化石墨懸濁液。將氧化石墨與水以1mg/mL的比例混合，用超聲波震蕩至溶液清晰無顆粒狀物質(zhì)，加入適量肼在100℃回流24h，會(huì)產(chǎn)生懸浮的石墨烯片，這些石墨烯片可以沉淀在可彎曲的襯底頂部。這種方法可以大量生產(chǎn)石墨烯，然而被氧化的石墨難以被完全還原， 將導(dǎo)致石墨烯某些性質(zhì) （如導(dǎo)電性） 的不足。 Purpose Experimental Procedure Characterization Mechanism of Stable Dispersion 溶劑剝離法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。劍橋大學(xué) Hernandez等 發(fā)現(xiàn)適合剝離石墨的溶劑最佳表面張力應(yīng)該在40～50mJ/ m的平方 ，并且在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率最高(大約為8 %) ，電導(dǎo)率為6500S/ m。Bar2ron 等 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 .一的缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低 ，限制它的商業(yè)應(yīng)用。 Solution: Preparation procedure 溶劑熱法溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中 ，采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì) ，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度) ，在反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生高壓而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。Choucair 等 用溶劑熱法解決了規(guī)�；�制備石墨烯的問題，同時(shí)也帶來了電導(dǎo)率很低的負(fù)面影響。為解決由此帶來的不足 ，研究者將溶劑熱法和氧化還原法相結(jié)合制備出了高質(zhì)量的石墨烯。 Experimental Procedure Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication 乙氧納裂解首先用納金屬還原乙醇，然后將得到的乙醇鹽（ethoxide）產(chǎn)物裂解，經(jīng)過水沖洗除去鈉鹽，得到黏在一起的石墨烯，再用溫和聲波振動(dòng)（sonication）振散，即可制成公克數(shù)量的純石墨烯 石墨烯的優(yōu)異特性電學(xué)性質(zhì)石墨烯的電子遷移率實(shí)驗(yàn)測(cè)量值超過15000cm2/(V•s)，載流子濃度約為1013cm-2，在10K～100K溫度范圍內(nèi)，遷移率幾乎與溫度無關(guān)；石墨烯中的主要散射機(jī)制是缺陷散射，因此可以通過提高石墨烯的完整性來增加其遷移率。長(zhǎng)波的聲學(xué)聲子散射使得石墨烯的室溫遷移率大約為200000cm2/(V•s)，載流子濃度約為1012cm-2，其相應(yīng)的電阻率為10－6Ω•cm-2，比室溫電阻率最小的銀的電阻率還小。硅的電子遷移率為1400cm2/(V•s)，電子在石墨烯中的傳輸速度是在硅中的100倍，這使得開發(fā)更高速的計(jì)算機(jī)芯片和生化傳感器成為可能。在常溫下，即使碳原子受到擠撞，石墨烯中的傳導(dǎo)電子所受的干擾也非常小。 石墨烯的優(yōu)異特性光學(xué)性質(zhì)根據(jù)理論推導(dǎo)，石墨烯會(huì)吸收2.3%的白光；實(shí)驗(yàn)證實(shí)這結(jié)果正確無誤，石墨烯的不透明度為2.3%，與光波波長(zhǎng)無關(guān)。由于它幾乎全部是透明的，但又十分密集，甚至是氦也難以穿過它。石墨烯憑借其很高的導(dǎo)電性和透光性，還可用于透明電極、觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池以及超級(jí)電容器等領(lǐng)域。 力學(xué)性質(zhì) 石墨烯是至今測(cè)量過的強(qiáng)度最大的材料，比結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度要高200倍。這就好比需要讓一頭大象站在一支鉛筆上，才能突破一張保鮮膜厚度的石墨烯薄層。 研究團(tuán)隊(duì)從一塊大石墨晶體上挑揀出微小的石墨烯樣本，使這些樣本的每一單個(gè)原子都處于表面，接著將這些新建的二維樣本置于蝕刻在硅上的小孔上，從而制作出只有一個(gè)原子厚的微型圓形薄膜，石墨烯則因原子間的引力而粘附在硅上，為了測(cè)試薄膜的強(qiáng)度，科學(xué)家用一個(gè)半徑為200億分之一米、帶有鉆石尖端的原子力顯微鏡來推動(dòng)薄膜中心。這些每個(gè)直徑約1微米的樣本，因?yàn)闆]有瑕疵，使得科學(xué)家能測(cè)試其彈性與斷裂點(diǎn)的特性，測(cè)得石墨烯單層的楊氏模量為1TPa 石墨烯雖然很結(jié)實(shí)，但是其柔韌性特別好，可以隨意彎曲、折疊或象卷軸一樣卷起來。石墨烯中碳原子的之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部應(yīng)力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，因而就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 輕質(zhì)特性單原子層厚度使得石墨烯非常輕。考慮到石墨烯上的每個(gè)六角形蜂窩的面積是0.052平方納米，相應(yīng)地一平方米上有兩千億億個(gè)。而碳原子大約是六角形的二倍。這樣算出來的結(jié)過是，一平米的石墨烯的重量是0.77毫克。 熱學(xué)性質(zhì) 利用基于微拉曼光譜的無觸點(diǎn)技術(shù)測(cè)量得到石墨烯的熱導(dǎo)率為3080－5150W/(m·k)，是金剛石的五倍，石墨烯的熱導(dǎo)率與單壁碳納米管，多壁碳納米管相比有明顯提高，。而在石墨烯發(fā)現(xiàn)以前，金剛石是已知自然界中熱導(dǎo)率最高的。 磁學(xué)性質(zhì)由于石墨烯鋸齒形邊緣擁有孤對(duì)電子，從而使得石墨烯具有包括鐵磁性及磁開關(guān)等潛在的磁性能。研究人員發(fā)現(xiàn)單氫化及雙氫化鋸齒狀邊的石墨烯具有鐵磁性。此外，通過對(duì)石墨烯不同方向的裁剪及化學(xué)改性可以對(duì)其磁性能進(jìn)行調(diào)控。研究表明分子在石墨烯表面的物理吸附將改變其磁性能。例如氧的物理吸附增加石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的磁阻，位于石墨烯納米孔道內(nèi)的鉀團(tuán)簇將導(dǎo)致非磁性區(qū)域的出現(xiàn)。 量子隧道效應(yīng)允許相對(duì)論的粒子有一定概率穿越比自身能量高的勢(shì)壘。而在石墨烯中，量子隧道效應(yīng)被發(fā)揮到極致，科學(xué)家們?cè)谑�墨烯晶體上施加一個(gè)電壓（相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘） ，然后測(cè)定石墨烯的電導(dǎo)率。一般認(rèn)為，增加了額外的勢(shì)壘，部分電子不能越過勢(shì)壘，使得電導(dǎo)率下降。但事實(shí)并非如此，所有的粒子都發(fā)生了量子隧 道效應(yīng)，通過率達(dá)100%。這是石墨烯極高載流速率的來源。 量子霍爾效應(yīng)量子霍爾效應(yīng)只發(fā)生于二維導(dǎo)體。這效應(yīng)促成了一種新度量衡標(biāo)準(zhǔn)，稱為電阻率量子（resistivity quantum）h/e2；垂直于外磁場(chǎng)的載流導(dǎo)線，其橫向電導(dǎo)率會(huì)呈現(xiàn)量子化值。稱這橫向電導(dǎo)率為霍爾電導(dǎo)率（Hall conductivity），以方程表示為 σxy＝Ne2/h 其中，N是整數(shù)，稱為朗道能級(jí)指標(biāo)（Landau level index），通常這霍爾電導(dǎo)率現(xiàn)象只能在非常低溫（3K），非常高磁場(chǎng)，從非常干凈的Si或GaAs固體觀測(cè)出來， 石墨烯的室溫量子霍爾效應(yīng)石墨烯的分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)石墨烯納米條帶的導(dǎo)電性為了要賦予單層石墨烯某種電性，會(huì)按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯納米帶（Graphene nanoribbon）。切開的邊緣形狀可以分為鋸齒形和扶手椅形。采用緊束縛近似模型做出的計(jì)算，預(yù)測(cè)鋸齒形具有金屬鍵性質(zhì)，又預(yù)測(cè)扶手椅形具有金屬鍵性質(zhì)或半導(dǎo)體性質(zhì)；到底是哪種性質(zhì)，要依寬度而定。 石墨烯納米帶的二維結(jié)構(gòu)具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低噪聲，這些優(yōu)良品質(zhì)促使石墨烯納米帶成為集成電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。有石墨烯的應(yīng)用 超級(jí)電容器 石墨烯擁有高的比表面積和高的電導(dǎo)率 ，不像多孔碳材料電極要依賴孔的分布 ，這使它成為最有潛力的電極材料。 石墨烯是完全離散的單層石墨材料，其整個(gè)表面可以形成雙電層；但是在形成宏觀聚集體過程中，石墨烯片層之間互相雜亂疊加，會(huì)使得形成有效雙電層的面積減少 (一般化學(xué)法制備獲得的石墨烯具有200－ 1200m2/g) 即使如此，石墨烯仍然可以獲得 100－230F/g 的比電容 如果其表面可以完全釋放，將獲得遠(yuǎn)高于多孔炭的比電容 在石墨烯片層疊加，形成宏觀體的過程中，形成的孔隙集中在100nm以上，有利于電解液的擴(kuò)散，因此基于石墨烯的超級(jí)電容器具有良好的功率特性 科學(xué)家以石墨烯為電極材料制備的超級(jí)電容功率密度為10kW/kg ， 能量密度為28.5Wh/kg ，最大比電容為 205F/g ，而且經(jīng)過1200次循環(huán)充放電測(cè)試后還保留90%的比電容 ，擁有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。 在鋰離子電池中的應(yīng)用石墨烯應(yīng)用于鋰離子二次電池負(fù)極材料中的性能，其比容量可以達(dá)到 540 mAh/g 如果在其中摻入 C60 和碳納米管后，負(fù)極的比容量可以達(dá)到 784 mAh/g 和 730 mAh/g 美國(guó)普林斯頓大學(xué)(Princeton University)的研究人員指出，若是采用石墨烯(graphene)電極，鋰電池的充電時(shí)間將能從2小時(shí)縮短到只要10分鐘。該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證實(shí)超薄石墨烯薄片能組裝到鋰離子電池的電極，并能大幅縮短充電所需時(shí)間。 在太陽電池中的應(yīng)用石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良。由于氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的陽極，并得到高達(dá)1.71%能量轉(zhuǎn)換效率；與用氧化銦錫材料制成的元件相比，大約為其能量轉(zhuǎn)換效率的55.2% 二維的石墨烯具有良好的透光性和導(dǎo)電性，是很有潛力替代 ITO 的材料 利用石墨烯制作透明導(dǎo)電膜并將其應(yīng)用于太陽電池中也成為人們所研究的熱點(diǎn)。Wang 等人利用氧化石墨熱膨脹后熱處理還原得到的石墨烯制作為透明導(dǎo)電膜應(yīng)用于染料敏化太陽電池中，取得了較好的結(jié)果 制備的石墨烯透明導(dǎo)電膜的電導(dǎo)率可以達(dá)到 550 S/cm，在1000－3000 nm 的光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透光率可以達(dá)到 70%以上。 韓國(guó)成均館大學(xué)的洪秉熙研究組生產(chǎn)出了高純度石墨烯薄膜， 把貼在透明可彎曲的聚合物上，制成一個(gè)透明電極。這種電極可以取代顯示器在所使用的透明電極，價(jià)格卻比現(xiàn)在通常用的氧化銦便宜的多。首先，他們襯底上添加一層300納米厚的鎳。然后，他們?cè)?000攝氏度的甲烷中加熱這質(zhì)，再將它迅速降至室內(nèi)溫度。這一過程能夠在鎳層的上部沉積出6或10層烯。用制作鎳層圖形的方式，制備出圖形化的石墨烯薄膜。 石墨烯在儲(chǔ)氫/甲烷中的應(yīng)用由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性和順從性，碳基材料一向是儲(chǔ)氫的理想材料之一。希臘大學(xué)的研究者設(shè)計(jì)了新型3D碳材料，孔徑尺寸可調(diào)。他們將其稱為石墨烯柱，是由石墨烯片和碳納米管兩種碳同素異形體組成的一種3D網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)這種新型碳材料摻雜了鋰原子時(shí)，石墨烯柱的儲(chǔ)氫量可達(dá)到美國(guó)能源部（DOE）的目標(biāo)，重量百分比達(dá)到6.1 wt%，體積百分比達(dá)到41g/l 場(chǎng)發(fā)射源及其真空電子器件早在2002年，垂直于基底表面的石墨烯納米墻就被成功制備出來。它被看作是非常優(yōu)良場(chǎng)致發(fā)射電子源材料。 微電子線路和器件海姆和諾沃謝洛夫兩人率領(lǐng)的英國(guó)科學(xué)家開發(fā)出的世界最小晶體管僅1個(gè)原子厚10個(gè)原子寬，所采用的材料是由單原子層構(gòu)成的石墨烯。石墨烯作為新型半導(dǎo)體材料，近年來獲得科學(xué)界的廣泛關(guān)注。英國(guó)科學(xué)家采用標(biāo)準(zhǔn)的晶體管工藝，首先在單層石墨膜上用電子束刻出溝道。然后在所余下的被稱為“島”的中心部分封入電子，形成量子點(diǎn)。石墨烯晶體管柵極部分的結(jié)構(gòu)為10多納米的量子點(diǎn)夾著幾納米的絕緣介質(zhì)。這種量子點(diǎn)往往被稱為“電荷島”。由于施加電壓后會(huì)改變?cè)摿孔狱c(diǎn)的導(dǎo)電性，這樣一來量子點(diǎn)如同于標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管一樣，可記憶晶體管的邏輯狀態(tài)。 IBM石墨烯晶體管 IBM的研究人員展示了一種由石墨烯材料制作而成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），其截止頻率可達(dá)100吉赫茲（GHz），這是迄今為止運(yùn)行速度最快的射頻石墨烯晶體管。 傳感器研究者發(fā)現(xiàn)石墨烯為電子傳輸提供了二維環(huán)境和在邊緣部分快速多相電子轉(zhuǎn)移 ，這使它成為電化學(xué)生物傳感器的理想材料。Chen 等 采用低溫?zé)嵬嘶鸬姆椒ㄖ苽涞氖�墨烯作為傳感器的電極材料 ，在室溫下可以檢測(cè)到低濃度NO2;石墨烯還被用于醫(yī)學(xué)上檢測(cè)多巴胺、葡萄糖等。 復(fù)合材料石墨烯獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能為復(fù)合材料的開發(fā)提供了原動(dòng)力，可望開辟諸多新穎的應(yīng)用領(lǐng)域 ，諸如新型導(dǎo)電高分子材料、多功能聚合物復(fù)合材料和高強(qiáng)度多孔陶瓷材料等。 Fan 等利用石墨烯的高比表面積和高的電子遷移率，制備了以石墨烯為支撐材料的聚苯胺石墨烯復(fù)合物，該復(fù)合物擁有高的比電容(1046F/g)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純聚苯胺的比電容115F/g。 石墨烯研究面臨的挑戰(zhàn)如何大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯; 石墨烯的很多性質(zhì)尚不清楚，如電子性能 ，磁性等; 探索石墨烯新的應(yīng)用領(lǐng)域 ，目前最有前景的應(yīng)用有晶體管、太陽能電池和傳感器等 ，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)κ�墨烯的要求也不�? 開拓石墨烯和其它學(xué)科的交叉領(lǐng)域 ，探索石墨烯功能化的新性能。 石墨烯的化學(xué)改性石墨烯可以進(jìn)行化學(xué)修飾、化學(xué)摻雜、表面官能化、生成衍生物等改性方式：石墨烯經(jīng)氧化后生成石墨烯氧化物(graphene oxide， GO)；與氫原子鍵合形成石墨烷(graphane)；在石墨烯晶格中引入氮原子后變成氮摻雜石墨烯或氮化碳(carbon nitride)； 石墨烷(graphane) 石墨烷(graphane).它是一種飽和的碳?xì)浠�合物�?具有分子式(CH)n，其中所有的碳是sp 雜化并形成六角網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氫原子以交替形式從石墨烯平面的兩端與碳成鍵。 石墨烷表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)，具有直接帶隙， 帶隙為3.5eV.其體相的儲(chǔ)氫能力為0.12kg/L，遠(yuǎn)高于美國(guó)能源部所制定的2015 年儲(chǔ)氫能力達(dá)到 0.081 kg/L的目標(biāo)， 顯示石墨烯有可能成為一種新型的儲(chǔ)氫材料. Boukhvalov等人的理論計(jì)算也同樣證實(shí)了石墨烯的儲(chǔ)氫潛力. 石墨烯氮化物及石墨烯摻雜石墨烯應(yīng)用于微電子器件的一個(gè)重要前提是其帶隙、載流子濃度、載流子極性等可調(diào)， 而化學(xué)摻雜是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)控的重要方式. 有效的p-型(n-型)石墨烯摻雜可以通過在碳晶格中形成替代B雜原子(N雜原子)來實(shí)現(xiàn) . Wei等人利用CVD方法，以CH4 和NH3 為反應(yīng)氣在 800℃條件下于Cu薄膜表面上成功生長(zhǎng)了氮摻雜的少數(shù)層石墨烯XPS結(jié)果顯示摻入的N含量在 8.9%(原子百分比)，主要以石墨N形式(graphitic N)存在.電學(xué)測(cè)量表明， N摻雜的石墨烯表現(xiàn)出n-型半導(dǎo)體行為； 對(duì)石墨烯表面進(jìn)行官能化可以實(shí)現(xiàn)石墨烯表面摻雜的目的.對(duì)于納米結(jié)構(gòu)的石墨烯包括石墨烯納米條帶和石墨烯納米島還可以對(duì)它們進(jìn)行邊界摻雜，例如對(duì)邊界引入含氧官能團(tuán) 或NO2和CH3 官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)納米石墨烯結(jié)構(gòu)的半金屬性質(zhì)。這種通過在邊界反應(yīng)的方式進(jìn)行化學(xué)改性也是石墨烯化學(xué)改性的重要方式。石墨烯的表面化學(xué)與催化碳材料廣泛地用作催化劑的載體.碳材料除了作為催化劑載體外還可以直接作為催化劑催化一些多相反應(yīng)，KGb紅軟基地

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