石墨烯材料研究点评(附股)

第一篇：石墨烯材料研究点评(附股)

石墨烯是最理想的电极和半导体材料，制备并稳定组装是制约其产业化的最大难点。

石墨烯是一种二维的单层碳原子结构材料，它不仅是世界上最强、最坚硬、最薄的物质，同时由于它在已知的材料中电阻率最小、导热系数最高，因此也是最理想的电极和半导体材料，被认为可以引发现代电子科技和信息技术的革命。IBM 和三星每年都在加大研发投入，来开发这种有望替代硅的材料，用以生产更高效更轻薄的电子设备。

但是，石墨烯由于结构特点，很难长时间稳定存在，所以其应用难点在于怎样便宜的生产和组装它。采用纳米材料做基底来生产石墨烯是目前公认比较容易实现的思路。

一、驱动事件

1、石墨烯纸电池，将世界上最薄的材料石墨烯制成一张纸，然后用激光或照相机闪光灯的闪光震击，将其弄成千疮百孔状，充分扩大该片材内部结构间隔，以允许更多的电解质“润湿”及锂离子电池中的锂离子获得高速率通道的性能。

研究发现，这种被弄成千疮百孔的单层石墨烯纸可以作为锂电池的阳极，石墨烯薄片的高导电性使得电子能够在阳极进行高效传输，锂离子使用这些裂缝和孔隙作为捷径，在石墨烯中快速移进移出，极大提高了电池的整体功率密度。

据了解，这种石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍，甚至在超过1000个充电/放电周期后仍能持续成功运行，未来可驱动电动车，可以大大缩短手机和笔记本电脑等电子设备的充电时间。

这种石墨烯纸阳极制作比较简单，而且将其暴露于激光或照相机闪光灯的闪光下是一种简单、廉价的复制过程也可以制作成任意的大小和形状。研究人员表示，下一步将会为石墨烯阳极材料配对同样高效率的阴极材料，以构建一个完整的新型电池。

2、19日上午，常州石墨烯科技产业园开工仪式在武进经发区举行。市、区领导方国强、周斌、臧建中、凌光耀、王友东出席活动。

常州石墨烯科技产业园总占地450亩，建筑面积35万平方米，将致力于搭建石墨烯产业发展的专门平台，推动石墨烯材料的研发应用与产业化。按照“搭建平台、招才引智、孵化企业、培育产业”的发展理念，围绕“一核三区”的总体布局，产业园将规划建设石墨烯研究院与孵化区、加速区、产业区。根据发展规划，在运营后3-5年内，产业园入驻企业力争形成年产值100亿元的规模，并力争有10家入驻企业上市。依靠冯冠平教授团队在石墨烯材料领域雄厚的研发实力，产业园将带动江苏省乃至全国石墨烯领域的高层次研发团队和人才的集聚效应，在武进成立石墨烯产业总部(研发中心)，集研发、培训及产业总部于一体，打造国家级石墨烯产业总部基地。

3、日前，挪威科技大学的研究人员开发出一种低成本的方法，能够在砷化镓纳米线上生长出石墨烯，该团队目前已用这种方法制成了一种透明的可弯曲柔性电极，并申请了专利准备商业化。该则消息于9 月11 日在美国的DailyScience 网站发布。



4、砷化镓纳米线生长石墨烯的技术将有望成为新型电子设备制造的基础，加速石墨烯的商业化进程，为半导体产业带来变革。这只是将其作为一种半导体器件制造的新方法，使之成为制造新型电子设备的基础材料。从技术及性能上看，这种石墨烯-半导体混合体材料具有优良的光电性能和透明、可弯曲特性，能够帮助突破现有的设计限制，制造出柔性触摸屏等设备。

从产业可行性上看，这项新技术能够适用于大多数制造商现有的生产设备，而不需要更换整条生产线。

从应用拓展上看，这项纳米线技术极有可能先在发光二级管和新型太阳能电池中使用，使太阳能电池同时具备高效、柔性和低成本的特性；用于制造自供电的纳米器械和由石墨烯、纳米半导体丝制成的3D 集成电路，用于自供电的消费类电子产品，成为未来电子和光电器件的平台，出现在从手机、平板电脑、服装到便签簿在内的各个生活角落。

5、全球首条石墨烯生产线开工

全球第一条石墨烯生产线前天在慈东滨海区正式开工建设，至此，这个差点花落他乡的高科技项目终于在宁波落地生根。

据浙江在线报道，石墨烯项目一期投资2.1亿元，年产石墨烯300吨。“保守估计，这种材料仅替代市场的潜力就有数十亿甚至上百亿元。”宁波墨西科技有限公司总经理林立新说。

石墨烯是目前世界上已发现的最薄、最坚硬的纳米材料，它不但可以用来开发制造纸片一样的超轻型飞机材料，还能做出超坚韧的防弹衣。

中科院宁波材料所研发出石墨烯产业化制备技术，将石墨烯的制造成本从每克5000元降至每克3元，但是这个重大项目因为宁波天使投资人没有及时出手而险些与宁波失之交臂。4月10日，慈东滨海区管委会与上海南江集团控股的宁波墨西科技有限公司开始接触，为石墨烯生产基地选点考察，并积极洽谈，半个月后双方达成初步投资意向。

此后，滨海区管委会开通“绿色通道”，办理公司登记注册，并免费为该项目提供临时筹建处。经过5个月时间的筹备，这个全球瞩目的项目终于在慈东滨海区开工建设。

数据显示，石墨烯概念股主要包括中国宝安(000009)、金路集团(000510)、力合股份

(000532)、南风化工(000737)、中钢吉炭(000928)维科精华(600152)华丽家族(600503)、方大炭素(600516)等公司。

二、重点上市公司

金路集团、中国宝安、中钢吉炭、方大碳素、工大高新。

1、000510 金路集团

2011年与中国社科院金属所达成协议，出资1500 万用于石墨烯及产业化的研发，主要方向是石墨烯基透明导电薄膜、三维网络散热材料和动力电池用电极材料三个方面。

2011年6月10日，公司与中国科学院金属研究所在辽宁省沈阳市签订了《技术开发合同》，双方同意在石墨烯研发及产业化方面展开平等互利的合作。本次合作需要投入研究开发经费1500.00万元。中科院金属所负责石墨烯基透明导电薄膜，三维网络散热材料和动力电池用电极材料及产业化三个方面的具体研究开发工作，并提供产业化可行性报告，金路集团负责提供研发经费，并组织相关团队进行产业化及市场开发方面的工作。合作期限：2011年6月10日～2013 年12月31日。2012年1月披露，德阳市旌阳区科学技术局决定向公司拨付电池级石墨烯中试孵化资金1000万元。截至目前，公司与中科院金属所合作研究开发石墨烯项目已投入资金900万元。公司将把政府拨付的孵化资金，专项用于开展电池级石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)中试。

2012年1月披露2011年度中科院金属所石墨烯项目研发进展情况。石墨烯制备研发进展：在现有实验室条件下，能实现石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)的制备，每批次(需两天左右时间)能制备石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)30克，石墨烯透明导电薄膜研发进展：实现石墨烯透明导电薄膜的实验室制备，制备出4英寸石墨烯透明导电薄膜，石墨烯三维网络散热材料研发进展情况：研制一种具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫体材料，取得实验室样品，动力电池用石墨烯基电极材料研发进展情况：基本确立了石墨烯使用的种类和添加量，并且结合电池材料制备过程和实验结果，初步建立了石墨烯的使用标准，完成了石墨烯材料需要按照电池材料要求进行测试和分析及建立基本的数据指标的确定，开发了石墨烯与磷酸亚铁锂复合的新工艺路线，在现有实验室条件下，每批次(需一天左右时间)可制得电极材料2公斤。2012年中报披露，目前，电池级石墨烯中试研发的相关工作正在进行之中。

2、000009 中国宝安

控股子公司贝特瑞是国内最大的锂电池负极材料生产商，它研制的石墨烯产品目前已小量试

产，若能大量应用到负极材料中，将极大提升其性能，对其主营业务也有极大的促进。2011年11月披露，贝特瑞公司投入开发的石墨烯项目完成了中试线建设，工艺优化和中试生产，石墨烯日产量已稳定在1公斤以上，在此基础上通过增加设备，日产量即可相应提高(目前中试生产出来的石墨烯产品为单层石墨烯和多层石墨烯混合物，其中单层石墨烯由1层碳原子层构成，多层石墨烯主要由2－10层碳原子层构成，厚度在3.5纳米以下)。贝特瑞公司已确定后续批量化生产工艺路线。与此同时，贝特瑞公司已经开展探索石墨烯的应用工作。石墨烯在相关电池等方面运用将有助于降低电池内阻，提升充放电速度。2012年1月披露，贝特瑞公司向国家知识产权局提交的与石墨烯相关的专利申请共4项，其中1项申请已公开，另外3项申请已被国家知识产权局受理。

2011年3月公司披露，贝特瑞公司已分别在黑龙江省鹤岗市和鸡西市成立了鹤岗宝安新能源公司和鸡西市贝特瑞石墨产业园公司，其中鹤岗宝安新能源公司位于鹤岗市云山地区的探矿权已进入鹤岗市政府审批程序(风险提示：该探矿权具体位置尚未明确，面积未知，且公司无法确定能否取得探矿权，也无法确定取得探矿权后能否探出矿)。鸡西市政府麻政函

[2011]6号文表示：将协调相关部门“为企业提供可满足50年生产期的石墨资源配置”。据了解，该拟购买的石墨矿资源位于鸡西市柳毛地区，资源储量为5000万吨以上。2012年中报披露，公司正配合相关政府部门积极办理石墨矿产资源的采矿证，争取年底前获得。2011年4月，与李洪生协商谈判后，初步确定由李洪生以孙耀斌的名义和贝特瑞共同出资成立一家新公司鸡西市长源矿业(拟命名)，其中对方以所持的石墨采矿，选矿设备等资产评估作价后出资。新公司成立后，将向相关政府部门申请办理郎家沟矿段新设采矿权证等相关手续，办理站前矿段采矿证的延期，变更，扩储等相关事宜。据黑龙江省矿产地质第一调查研究所1983年勘探地质报告，上述两个矿段的石墨矿石储量合计为7000万吨左右。目前估计仍有5000万吨以上的储量，其中郎家沟矿段3000万吨以上，站前矿段2000万吨左右。3、000928 中钢吉炭

在碳纳米管、碳纤维等石墨相关领域的研发实力强大，有望在石墨烯产业机会中获得先机。4、600516 方大炭素

主业为石墨制品，石墨电极产能20 万吨，居亚洲第一、世界第三。下属子公司成都炭素具有4000吨等静压石墨产能，致力于新型炭材料产业的研究。

2012年9月，公司拟延长决议有效期12个月。2011年11月，股东大会同意公司以不低于12.16元/股定向增发不超过2.315亿股，募资不超过28.15亿元。约21亿元(定向增发募资18亿元+节余募资3.06亿元)建设3万吨/年特种石墨制造与加工项目，该项目建设期约2

2个月，项目达产后，预计可新增年销售收入30亿元，可实现年税后利润6.94亿元，10.2亿投资辽宁葫芦岛10万吨/年油系针状焦工程，该项目建设期约两年，项目达产后，预计可新增年销售收入18.77亿元，可实现年税后利润1.67亿元。本次募投项目完成后，公司将建成全球最大的特种石墨生产基地，针状焦及超高功率石墨电极的综合产能也将位居全球炭素企业首位。

2010年11月，公司与成都市政府签订战略合作协议，在成都资阳工业发展区设立方大科技产业园，该园区占地1200亩，总投资金额约为21.2亿元，包含三个公司拟建项目：特种石墨生产基地项目，子公司成都蓉光炭素公司建设项目和新型炭材料研发中心项目。特种石墨生产基地项目拟新增特种石墨生产能力，项目占地750亩，投资金额约为14.6亿元，建立子公司成都蓉光炭素股份有限公司项目占地250亩，投资金额约为4.6亿元，新型炭材料研发中心项目占地200亩，投资金额约为2亿元。设立产业园事项正在与政府洽谈之中，正式协议尚未签订。

5、600701 工大高新

公司公告称，8月30日，有媒体刊登了题为《黑龙江欲打造“国际石墨谷”—石墨产业科技发展实施方案出台》的文章，有媒体进行了转载。报道称：“石墨产业链公司将直接受益。一直传闻欲借壳工大高新(600701)上市的黑龙江奥宇石墨集团，作为当地一家以生产各种规格的天然鳞片石墨、密封材料、石墨纸及石墨深加工、球形石墨、微粉石墨、尾矿砂空心砖等为主的循环利用集团公司，也将在行业大发展中受益。

对此，工大高新回应称，经向控股股东及公司管理层核实，公司目前尚无涉及石墨产品项目或相关规划。控股股东目前未有对公司进行资产重组及借壳意向，其未与任何单位及个人接洽公司借壳事宜。

第二篇：石墨烯学习心得

石墨烯学习心得

最近这段时间断断续续搜集了很多纳米材料、半导体物理还有石墨烯的相关资料，主要是来自万方数据网、超星学术视频网站、百度文库还有一些相关网页博客资料。了解到了很多之前闻所未闻的知识，比如“纳米材料的神奇特性、纳米科技潜在的危害”等等。

对于石墨烯，主要有如下几方面不成熟的想法，还望老师您来指正。

（一）在石墨烯新奇特性以及宏观应用预测方面

有人认为，石墨烯的这些新奇的特性以及预期应用并不能推广到宏观尺寸。

第一是认为很多实验数据都是来源于对微纳米级单层石墨烯的实验研究，不能把纳米微米级观察和测试到的数据无限夸大到宏观应用；

第二是认为单层悬浮石墨烯的特异性是依靠其边界碳原子的色散作用而稳定存在，大面积的单层悬浮石墨稀不可能稳定存在。第三是认为目前的大面积石墨烯的应用实例存在相当大的褶皱以及碳原子缺失。因而否定很多2010年诺贝尔物理奖的公告中对于石墨稀的宏观应用预测，并主张继续深入石墨烯微观性能研究，比如半导体器件等研究。

我想：我们最好还是不能放弃石墨烯在宏观尺度上应用的希望，应该尽最大努力用各种手段去克服所谓的褶皱、碳原子缺失等等导致石墨烯性质不能稳定存在的负面因素，比如采用衬底转移（CVD）的方式所制大面积石墨烯透明电极尺寸的方法（虽然制得的石墨烯还有很多的缺陷，但至少证明大面积石墨烯还是有可能稳定存在并最终为我们所用的吧，毕竟有宏观实际应用的材料才更有可能是有发展前景的新型材料）。

（二）在石墨烯制备工艺方面 我们知道，石墨烯非常有希望在诸多应用领域中成为新一代器件，但这些元件要达到实际应用水平,还需要解决很多问题。那就是如何在所要求的基板或位臵制作出不含缺陷及杂质的高品质石墨烯,或者通过掺杂(Doping)法实现所期望载流子密度的石墨烯。用于透明导电膜用途时能否实现大面积化及量产化,而用于晶体管用途时能否提高层控制精度,这些问题都十分重要。今后,为了探寻石墨烯更广阔的应用领域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用。

（三）石墨烯在纳米存储器上的应用前景

传统的半导体工艺技术已逐渐逼近物理极限，难以大幅度提高存储器的性能，越来越难以满足人们对存储器的要求，要想有突破性的进展，就必须另辟蹊径，寻找新的原理和方法。

第一是因为传统半导体存储器存在容量小数据易丢失等弊端。第二是因为现代化信息爆炸社会迫切要求新型的大容量存储器的出现。

第三因为是人们对信息存储的安全性要求越来越高。最后，假如纳米存储技术能够实现的话，届时我们电脑中的存储设备也许会以PB为单位计算，而因存储介质损坏导致数据丢失的烦恼也将远离我们。所以我觉得：要是可能的话，以石墨烯为介质的存储器，应该是一个不错的研究方向。

第三篇：石墨烯前景

2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一；

十二五规划

石墨烯是新材料中最为“时髦”的一员。它具有超硬、最薄、负电子的特征，有很强的韧性、导电性以及导热性。这使其能够广泛应用于电子、航天、光学、储能、生物医学等众多领域，拥有巨大的产业发展空间。

因此，石墨烯在2004年被发现后就迅速引发全球范围内的研究热。近年来我国在石墨烯研发应用方面的研究不断加强，各地政府和有关机构加大力度扶持和推动石墨烯产业化发展。

2013年6月，内蒙古石墨烯材料研究院正式成立。这是我国首个与石墨烯材料相关的综合性研究机构和技术开发中心。

2013年7月13日，在中国产学研合作促进会的支持下，中国石墨烯产业技术创新战略联盟正式成立。该联盟已向有关部门上报了无锡、青岛、宁波、深圳四个地方，作为石墨烯产业研发示范基地。江苏省、山东省等省级石墨烯联盟已于2013年陆续成立。

2013年12月18日，无锡市发布《无锡石墨烯产业发展规划纲要》，规划建立无锡石墨烯产业发展示范区和无锡市石墨烯技术及应用研发中心、江苏省石墨烯质量监督检验中心。力争把无锡市打造成国家级石墨烯产业应用示范基地和具有国际竞争力的石墨烯产业发展示范区。

2013年12月20日，宁波年产300吨石墨烯规模生产线正式落成投产。

与此同时，上海浦东新区也正筹备建立临港石墨烯产业园区，并力争国家石墨烯检验监测中心落户浦东。

石墨烯产业遍地开花。据记者了解，目前，无锡市已设立2亿元专项资金，通过补贴、配套、奖励、跟进投资、股权投资等方式，进一步扶持石墨烯产业发展；宁波为了扶持石墨烯产业发展，也拿出了千万元以上的扶持资金。业内人士表示，作为一种理想的替代型材料，石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿元以上。

推进产业结构优化

第四篇：石墨烯研究现状及应用前景

石墨烯材料研究现状及应用前景

崔志强

（重庆文理学院材料与化工学院，重庆

永川

402160）

摘要：近几年来, 石墨烯材料以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了轰动。本文引用大量最新的参考文献,阐述了石墨烯的制备方法如机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法、石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法等，分析了各种制备方法的优缺点。论述了石墨烯材料在透明电极、传感器、超级电容器、能源储存、复合材料等方面的应用，同时简要分析了石墨烯材料研究的现实意义，展望了其未来的发展前景。

关键词：石墨烯材料；制备方法；现实意义；发展现状；应用前景 中图分类号: TQ323

文献标识码:A

文章编号:

Research status and application prospect of graphene materials

Cui Zhiqiang(Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160)Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties.Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods.This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development.Keywords: graphene materials;preparation methods;practical significance;development status;application prospect

0 引言

1985 年英美科学家发现富勒烯和1991 年日本物理学家Iijima 发现碳纳米管，加之英国曼彻斯特大学科学家于2004 年成功制备石墨烯之后，金刚石（三维）、石墨（三维）、石墨烯（二维）、碳纳米管（一维）和富勒烯（零维）组成了一个完整的碳系材料“家族”。从理论上说，石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，如果从石墨烯上“剪”出不同形状的薄片，进一步就可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆叠成三维的石墨，如图1 所示。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能，近年来各国科研人员对其的研究日益增长，已经是材料科学领域的研究热点之一。2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5-6]

[4]

[3]

[1]

[2]之后，人们对石墨烯的研究和关注越来越多，新的发现不断涌现。在不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中，其应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率等，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料方面有着很高[7]的应用价值；由于它很低的电阻率和极大的载流子迁移率，人们很快发现了石墨烯在光电探测领域的潜能，并且认为将会是很具发展前途的材料之一。石墨烯材料的制备方法

1.1 石墨烯制备方法

目前，石墨烯的制备手段通常可以分为两种类型，化学方法和物理方法。物理方法，是从具有高晶格完备性的石墨或者类似的材料来获得，获得的石墨烯尺度都在80 nm 以上。而化学方法是通过小分子的合成或溶液分离的方法制备的，得到石墨烯尺度在10 nm 以下。物理方法包括：机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法；化学方法包括石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法。

这些制备方法有着各自的优缺点，如机械剥离法简单，可获得高品质的石墨烯，但重复性差、产量和产率很低;溶液液相剥离法制备过程简单且未破坏石墨烯面内原子结构，但该法效率低，而且单片层和多层石墨烯共存，很难将单片层石墨烯分离出来;外延生长法可制备得到大面积的单层石墨烯，但是该方法制备条件苛刻，需要高温和高真空，且石墨烯难从衬底上转移出来;化学气相沉积法制备的石墨烯具有较完整的晶体结构，石墨烯面积大，在透明电极和电子设备等领域表现出很明显的应用优势，但存在产量较低，成本偏高，石墨烯难转移等缺点。

对比上述方法，还原氧化石墨烯法是指先将石墨在强酸和强氧化剂作用下进行氧化，制备氧化石墨烯(GO)，然后再还原除去含氧官能团制备石墨烯

［8］

尽管还原氧化石墨烯法制备的石墨烯不能完全消除含氧官能团，制备的石墨烯存在缺陷和导电性差等缺点，但是其宏量和廉价制备为其在聚合物复合材料等宏量应用研究中提供了机会。1.2 石墨烯基复合材料的制备

由于薄层石墨烯片合成方法的潜力巨大、成本低廉，所以石墨烯片作为新兴填料在石墨烯复合材料上会有广泛的应用。将石墨烯与无机物、聚合物等复合可以形成石墨烯复合材料。因为石墨烯具有独特的优异性能，能够展示良好性能的石墨烯复合材料令人期待。Ｓ．Ｈ．Ｙｕ等

［9］

证实：在还原态石墨烯片上，通过在聚合醇中高温分解前驱体乙酰丙酮铁就可以成功合成磁性化还原态石墨烯。通过有效控制石墨烯片上的表面电荷密度和磁性纳米颗粒的尺寸就可以调节复合材料的磁性，其独特的性质使其在磁共振成像或蛋白质分离方面具有一定的应用潜力。目前，石墨烯基复合材料的制备方法主要有化学耦合法、原位还原－萃取分散技术、共沉淀法、催化还原反应

［10］

等。氧化石墨烯是结晶性高的石墨强力氧化后加水分解得到的化合物，与氟化石墨一样可以归类为有共价键的石墨层间化合物。氧化石墨烯片表面带有大量亲水性酸性官能团，具有良好的润湿性能和表面活性，从而使其能在稀碱水和纯水中分散，形成稳定的胶状悬浮液，这使得石墨烯与其他材料的复合形式多样化。如Graeme等［11］将TiO2吸附在氧化石墨烯上通过紫外线辅助的催化还原合成了TiO2－石墨烯纳米复合材［12］料；Nethravathi等通过氧化石墨烯与活性阴离子的复合，经还原制备了石墨烯－无机物纳米复合材料，说明氧化石墨烯的特殊结构使得石墨烯基复合材料的制备更容易以多样化的过程实现。

石墨烯复合材料的制备是目前石墨烯研究中的一大热点，因为虽然石墨烯本身的性能很好，但是与实际应用还有较大的距离，许多研究者希望通过石墨烯的复合达到在电学、电化学等领域实际应用的目的。石墨烯材料的应用研究

2.1 透明电极

工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡(ITO), 由于铟元素在地球上的含量有限, 价格昂贵,尤其是毒性很大, 使它的应用受到限制。作为炭质材料的新星, 石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料, 石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen 研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯, 薄膜电阻为900 , 透光率为70% , 薄膜被做成了染料太阳能电池的正极, 太阳能电池的能量转化效率为0.26%。2009 年, 该研究组采用乙炔做还原气和碳源, 采用高温还原方法制备了高电导率(1425S/ cm)的石墨烯,为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。

2.2 传感器

电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术, 涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现以后, 研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移, 这使它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen 等采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料, 在室温下可以检测到低浓度NO2 , 作者认为如果进一步提高石墨烯的质量, 则会提高传感器对气体检测的灵敏度。石墨烯在传感器方面表现出不同于其它材料的潜能, 使越来越多的医学家关注它, 目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。2.3 超级电容器

超级电容器是一个高效储存和传递能量的体系, 它具有功率密度大, 容量大, 使用寿命长, 经济环保等优点, 被广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯拥有高的比表面积和高的电导率, 不像多孔碳材料电极要依赖孔的分布, 这使它成为最有潜力的电极材料。Chen 等

[ 13]

以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率密度为10kW/ kg , 能量密度为28.5Wh/ kg , 最大比电容为205F/ g, 而且经过1200次循环充放电测试后还保留90% 的比电容, 拥有较长的循环寿命。石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受到更多的研究者关注。2.4 能源存储

众所周知, 材料吸附氢气量和其比表面积成正比, 石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点, 使其成为储氢材料的最佳候选者。希腊大学Fro udakis 等设计了新型3D 碳材料, 孔径尺寸可调, 他们将其称为石墨烯柱。当这种新型碳材料掺杂了锂原子时, 石墨烯柱的储氢量可达到6.1%(w t)。Ataca 等用钙原子(Ca)掺杂石墨烯, 利用第一性原理和从头算起的方法得到石墨烯被Ca 原子掺杂后储氢量约为8.4%(w t);他们还发现氢分子的键能适合在室温下吸/ 放氢, Ca 会留在石墨烯表面, 有利于循环使用。Ataca 的研究结果又一次推动石墨烯储氢向前迈进一步。2.5 复合材料

石墨烯独特的物理、化学和机械性能为复合材料的开发提供了原动力, 可望开辟诸多新颖的应用领域, 诸如新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷材料等。Fan 等

[14]

利用石墨烯的高比表面积和高的电子迁移率, 制备了以石墨烯为支撑材料的聚苯胺石墨烯复合物, 该复合物拥有高的比电容(1046F/ g)远远大于纯聚苯胺的比电容115F/ g。石墨烯的加入提高了复合材料的多功能性和复合材料的加工性能等, 为复合材料提供了更广阔的应用领域。图3 对比了几种纳米填料对橡胶增强效率，可以看到石墨烯具有更显著的增强效果

[15]

。展望

石墨烯自2004年以稳定的形态出现以来，因其独特的性能和二维纳米结构受到科学界的普遍关注。无论在理论还是实验研究方面，石墨烯都展示出重大的科学意义和应用价值。近年来，石墨烯的研究不断取得重要进展，在石墨烯透明导电薄膜的结构、性能、制备等方面也已经取得了很多的研究成果，但也存在不少问题。由于制作大面积石墨烯薄膜时会混入杂质，产生缺陷，因此大多数以石墨烯薄膜为器件的导电性及透明性都未达到ITO的水平。为了使石墨烯透明导电薄膜达到实际应用水平，还需要继续探索透明导电薄膜的制备方法以实现大面积化及量产化；开发有效的掺杂技术以使石墨烯薄膜具有理想的载流子密度；研究更有效的还原与结构修复方法以制备不含缺陷及杂质的高品质石墨烯薄膜。

理论上看，石墨烯是一种理想的太阳电池透明电极材料。然而，目前以石墨烯作透明电极的太阳电池光电转化效率都低于ITO/FTO基太阳电池。这是由于采用各种方法制备的石墨烯电阻较大，影响了电池的光电转化效率。所以石墨烯作透明电极的研究重点主要集中在如何采用合适的制备方法，获得电性能、透光性、力学性能等综合性能好的石墨烯。对石墨烯内部的位错、晶界、应变等缺陷进行理论模拟计算，并用来指导实验研究，最终通过控制位错、晶界等缺陷的运动，使其性能得到有效控制，实现理论指导实验、实验验证理论、理论与实验紧密结合。这是获得大面积、高性能石墨烯的新的着眼点。另外，石墨烯作透明电极时，也会与太阳电池其它部分直接接触。在未来的研究中，制备高性能石墨烯的同时，也应该关注太阳电池中石墨烯与其它部分的界面情况。

目前，关于石墨烯材料的制备和其在电化学领域的应用研究仍在如火如荼地进行。人们的研究主要集中于３个方面：一是石墨烯的低成本大规模制备的基础研究，二是石墨烯基复合材料的制备与性能研究，三是石墨烯材料在相关领域的应用研究。随着人们对石墨烯及其复合材料研究的深入以及制备方法的改进，石墨烯及其复合材料在电化学中的应用将会得到更为广泛的关注。以下几方面研究较少，值得关注：(1)石墨烯在锂离子电池正极材料研究方面（如石墨烯／磷酸亚铁锂）；(2)含氮或硼石墨烯在电化学中的应用；(3)氧化石墨烯复合材料在燃料电池中的应用；(4)氧化石墨烯复合材料在电化学传感器中的应用。与碳纳米管的发现与研究应用过程类似，在今后的若干年里石墨烯的研究会越来越深入，其最终进入实际应用阶段是必然的。石墨烯材料是当今世界新材料科技发展的又一制高点，对其深入研究与开发将给许多领域的发展带来巨大机会。

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第五篇：石墨烯制作方法总结

目前制备石墨烯采用的方法有：微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂剥离法和溶剂热法等．

Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes

Figure 1 | Synthesis, etching and transfer processes for the largescale and patterned graphene films.a, Synthesis of patterned graphene films on thin nickel layers.b, Etching using FeCl3(or acids)and transfer of graphene films using a PDMS stamp.c, Etching using BOE or hydrogen fluoride(HF)solution and transfer of graphene films.RT, room temperature(,25 ℃).Thin layers of nickel of thickness less than 300nm were deposited on SiO2/Si substrates using an electron-beam evaporator电子束蒸发器, and the samples were then heated to 1,000℃ inside a quartz tube under an argon atmosphere.After flowing reaction gas mixtures(CH4:H2:Ar=50:65:200 standard cubic centimetres per minute), we rapidly cooled the samples to room temperature(25℃)at the rate of ,10℃/s using flowing argon.We found that this fast cooling rate is critical关键 in suppressing formation of multiple layers and for separating graphene layers efficiently from the substrate in the later process.In our work,an aqueous iron(III)chloride(FeCl3)solution(1 M)was used as an oxidizing etchant to remove the nickel layers.The net ionic equation of the etching reaction can be represented as follows:

2Fe3+(aq)+Ni(s)=2Fe2+(aq)+Ni2+(aq)This redox process slowly etches the nickel layers effectively within a mild pH range without forming gaseous products or precipitates.In a few minutes, the graphene film separated from the substrate floats on the surface of the solution, and the film is then ready to be transferred to any kind of substrate.Graphene on metal surfaces