文 献 综 述

概述

自2004年英国曼彻斯特大学的物理学教授 G e I m[1]等用微机械剥离法制备并观测到单层石墨烯以来, 石墨烯 以其独特的结构和优异的性质迅速获得科学界的青睐。这种厚度仅为0.335nm的碳材料具有超高的强度，优良的导电性能,是能隙为零的半导体，而且还具有良好的导热性,以及室温量子霍尔效应和室温铁磁性等特殊性质。研究者普遍预测石墨烯 在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景,可望在21世纪掀起一场新的技术革命。石墨烯/聚合物复合材料作为石墨烯实际应用的重要领域之一, 也备受研究者的关注。石墨烯 作为纳米增强组分,少量添加可以使聚合物的电学性能、导热性能、力学性能、热性能以及气体阻隔性能得到大幅提高。添加石墨烯 所产生的效果相当于同时添加层状硅酸盐和 碳纳米管。石墨烯/聚合物复合材料在航空、电子以及包装材料等领域展示出良好的应用前景。

1石墨烯

1.1石墨烯的发现

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，它可看作是构建其他维数碳质材料（如 零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。1990年就有理论指出石墨烯是石墨的组成单元，但自由态的二维晶体结构一直被认为其热力学性能是不稳定的，不能在普通环境中独立存在。直到2004年，曼彻斯特大学 Geim等从石墨上剥下少量石墨烯单片并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优异的力学、电学、光学、热学和磁学性能，从而掀起了石墨烯应用研究的热潮。

1.2石墨烯的制备

石墨烯/聚合物复合材料要想真正实现工业化应用,石墨烯的大规模、低成本、可控的合成和制备是首要问题。目前制备石墨烯的方法主要包括4 种: ( 1) 微机械分离法( 2) 外延生长法( 3) 化学气相沉积法( 4) 氧化石墨烯还原法。其中, 微机械分离法制得的石墨烯产量少,不适合工业大规模应用。外延生长法和气相沉积法可以制备大面积、高质量的石墨烯, 非常适合基础研究以及在电子领域的应用, 但目前的生产规模难以达到满足制备石墨烯/聚合物复合材料的需求。现在已经成功实现大规模生产石墨烯的方法是氧化石墨烯还原法。

1.3石墨烯的优异性能