多层石墨烯纳米材料

中科院金属研究所沈阳材质科学国家(联合)实验室科研人员运用化学气相沉积法制备出石墨烯三维网络构造材质，一举攻陷石墨烯制备难题，将石墨烯制备带入产量高、生长面积大的新时代。这一突破不久前入选了2011年度中国科学**进展。为了揭露石墨烯这一隐秘材质的面纱，新闻记者日前采访了中科院金属所的科研人员。据介绍，石墨烯是一种新型碳材质，为单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构。石墨烯的导电性极好，在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、***和高导复合材料、高性能锂离子电池组和超级电容器等方面展现出极大的应用潜力，成为全人类目前已知的强度**高的物质。它不*可以开发制造出薄如纸片的超轻型飞机材质、超韧性的防弹衣，甚至还能为将来制造“太空电梯”缆线敞开期望之门。但是，繁复的制造工艺阻挠着石墨烯的普遍使用。高质量石墨烯的大量制备以及把石墨烯片组装成具备特定构造的材质对综合利用石墨烯的众多不错特性、实现商业化应用具备极度关键的含义。据该所科研人员介绍，他们在石墨烯三维体材质的宏量制备和应用中使用泡沫金属作为生长基体，运用化学气相沉积法方式制备出兼具三维连接网络构造的泡沫状石墨烯体材质。石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。多层石墨烯纳米材料

科学家们已成功运用二维材料组装成了兼具很小人造孔的海水脱盐设备，容许直径大于其裂缝本身的离子通过，冲破了传统观念，为制造高通量水脱盐膜铺垫了道路。曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员成功地在一个尺码*为几埃（）的新型膜片上制造了小尺码的狭缝。这使得能够研究各种离子到底如何通过这些细微的孔。这些狭缝由石墨烯、六方氮化硼（hBN）和二硫化钼（MoS2）制成，并且令人惊讶的是，它容许直径大于其自身尺码的离子时有发生渗透。这种尺码排阻研究利于更好地明了相近规模的生物过滤器如水通道蛋白的工作机理，从而有助于开发用以海水脱盐和相关技术的高通量过滤器。对于对流体及其过滤行为感兴趣的科学家来说，可控地制造大小相近小离子和单个水分子的毛细管是一个***但好像遥远的目标。研究人员始终在试图模拟自然时有发生的离子运输系统，但实情验证这是不容易的。用到基准技术和常规材质制造的通道不幸受到材质表面固有粗糙度的限制，其大小一般而言比小离子的水合直径大**少十倍。今年早些时候，NGI开发的石墨烯氧化物衍生膜受到相当大的关注，是新型过滤技术的潜力运动员。多层石墨烯纳米材料石墨烯导热性能优异，可制备导热复合材料、散热涂料等。

这种石墨烯体材质完整地复制了泡沫金属的构造，石墨烯以无缝连接的方法组成一个全连接的总体，兼具出色的电荷传导能力、850平方米/克的比表面积、％的孔隙率以及5毫克/立方厘米的极低密度。负责该项目的**告知新闻记者，这种方式可控性好，容易放大，通过变动工艺条件可以调控石墨烯的平均层数、石墨烯网络的比表面积、密度和导电性，并且使用基体卷曲的方式他们可制备出170毫米×220毫米及更大面积的石墨烯泡沫材质。基于石墨烯泡沫与众不同的三维网络构造，中科院金属所还使用原位聚合的方式制备出石墨烯泡沫/硅橡胶复合材料，在石墨烯添加量*为％的条件下，复合材料的电导率可达10西门子/厘米，比基于化学氧化剥离法制备的相同添加量的石墨烯复合材料的电导率提高了6个数量级，也大于碳纳米管复合材料的电导率。而且这种复合材料有着很好的柔韧性和稳定性，在弯折和拉伸等条件下*有很小的电阻变化，在应力获释后可很快回复其原有形貌和电阻值，是一种完美的弹性导体材质，这一性能使其在柔性显示器、可穿戴式移动通讯装置和人造肌肤等柔性电子方面兼具空旷的应用前途。在采访终结时**强调，以多孔金属作为生长基体是石墨烯化学气相沉积法发育的一条新思路。

石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料植被研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。可用于注射和挤出成型制件，尤其适用于煤炭、矿井以及石油天然气运输等领域的管材制件。

纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括四种类型:石墨烯、碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。碳元素是自然界中存在的与人类**密切相关、**重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性。因此以碳元素为***构成元素的碳素材料具有各式各样的性质，并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得。事实上，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。表1给出了碳的化学键合及其形成的各种典型有机物、无机物和碳相的例子。如果要选择轻巧耐用且价格低廉的电池，可以选择石墨烯电池。多层石墨烯纳米材料

利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。多层石墨烯纳米材料

石墨烯的主要应用1、传感器石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。2、晶体管石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定大氏地工作。相比之下，目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。多层石墨烯纳米材料