功能复合材料——石墨烯改性
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比钻石还硬的材料 ——石墨烯
主要内容
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的改性 ➢石墨烯材料的应用及展望
一、石墨烯材料的简介
1、定义
石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格 结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之 一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三 维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。 2、发现
（二）
pH Sensitive Graphene- Polymer Nanocomposites
Synthesis of pH Sensitive Pyrene- Polymer Composites viaπ- π Stacking Interactions for the Self-Assembly of Functionalized Graphene into Layered Structures
(a) A TEM image of exfoliated GO
(b) a magnified TEM image showing the edge of GO
(c) a TEM image of GO/PDMAEMA nanocomposite after stained by OsO4
SEM image of GO decorated by poly(EGDMA-co-MAA) particles.
3、结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角
六边形) 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石
墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘 曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认 为是卷成圆桶的石墨烯维石墨）的基本单元
曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制作 出晶体管。从一小片石墨烯片层开始，采用电 子束曝光在材料上刻出沟道。在被称为中央岛 的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点。 电压可以改变这些量子点的电导率，这样就可 以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态。
双层石墨烯可降低元器件电噪声
美国IBM公司T·J·沃森研究中心 的科学家，最近攻克了在利用石墨 构建纳米电路方面最令人困扰的难 题，即通过将两层石墨烯片叠加， 可以将元器件的电噪声降低10倍， 由此可以大幅改善晶体管的性能， 这将有助于制造出比硅晶体管速度 快、体积小、能耗低的石墨烯晶体 管。
The π- π stacking attachment methodology can be used for attaching any polymer onto graphene basal planes and should allow the retention of excellent electrical properties.
石墨烯的出现可能会将摩尔定律延续下去，
2025年以后可能是从“硅”时代跨越到“石墨烯”
谢 谢 各 位 聆 听
C60
Carbon nanotube
Graphite
二、石墨烯的改性（一）
Exfoliated Graphite Oxie Decorated by PDMAEMA Chains(聚甲 基丙烯酸N,N-二甲氧基乙酯 ）and Polymer Particle
The Modification of processing :
Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢 夫（Kostya Novoselov）和安德烈•盖姆（Andre Geim）发现的， 他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。正是这种简单的方法制备出来的简单物质 ——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维 晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅 可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。
三、石墨烯材料的应用及展望
氧化石墨烯
Dikin等制成了无支撑氧化石墨烯纸状 材料。氧化石墨烯片是以一种接近平行 的方式相互连接或瓦片式连接在一起形 成的，拉伸试验表明氧化石墨烯纸具有 较高的拉伸模量和断裂强度，其平均模 量为32 GPa，性能与用类似方法制备的 碳纳米管布基纸相当。
Graphene晶体管
(c) high-resolution SEM images of graphenePDMAEA composite aggregates (d) high-resolution SEM images of more dispersed graphene- PDMAEA composite prepared by spin-coating onto a silicon substrate.
This research provides a direct way to modification of GO and preparation of functional polymer/GO composites, which will accelerate the development and applications of the GObased materials.
石墨烯的展望
1. 电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管 2. 进一步减小器件开关时间，THz超高频率的操作响应特性 3. 探索单电子器件 4. 在同一片石墨烯上集成整个电路 5. 其它潜在应用包括：复合材料；作为电池电极材料以提高
电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机以及 超灵敏传感器等领域 6. 可应用于各种器件的特殊性能要被精确的控制 7. 最重要的是石墨烯制备方法的改进，如何大量、低成本制 备高质量的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点