石墨烯：改变世界的新材料

设计石墨烯的电化学特性：应用于超级电容器

储能的超级电容器是由多孔电极、电解质以及将它们分隔开的膜组成的。石墨烯被认为可应用于超级电容器中。以石墨烯比表面积2630m2/g为例，其理想的可实现的电容是200～500F/g，因为超级电容器的容量大小取决于比表面积、孔径大小和材料的导电性。近来，为改善石墨烯的电化学性能，通过用氮掺杂石墨烯合成了多孔石墨烯，在其薄片上制造面内孔并用氢氧化钾进行蚀刻。图5.5 通过嵌段共聚物光刻来制备石墨烯纳米网的示意网。
理论教育 2023-07-01

选择性刻蚀与等离子刻蚀技术比较

焦等于2009年通过等离子刻蚀部分嵌在聚合物膜上的纳米管打开了多壁碳纳米管，制造出了边缘光滑、宽幅分布窄的石墨烯纳米带，这也是制造石墨烯纳米带的标准程序。选择性刻蚀或等离子刻蚀打开碳纳米管所面临的挑战：这种方法对沉积在石墨烯上的聚甲基丙烯酸甲酯暴露于氩等离子体的时间非常敏感。
理论教育 2023-07-01

氧化法：一种高效制备水溶性石墨烯的方法

柯西金等几乎在同一时间提出了另一种合成单层石墨烯纳米带的方法，即纵向切割多壁碳纳米管。这一溶液氧化过程会产生接近100%的高水溶性石墨烯纳米带并恢复石墨烯的导电性。通过氧化法打开碳纳米管所面临的挑战：高锰酸钾处理法是一个可规模生产的过程，可以生成与氧化石墨烯类似的高度氧化的石墨烯纳米带。图7.2 打开碳纳米管形成石墨烯纳米带的原理 Copyright.2009，Rights Managed by Nature Publishing Group；Cour-tesy：Kosynkin et al.；Nature，2009，458.
理论教育 2023-07-01

石墨烯商业化的关键因素：验证性能、成本推测和合作研究

幸运的是，石墨烯行业兼具了这两方面并且受到了同等重视。因此，石墨烯科学界见证了一些突破。为满足这两方面的要求，有必要进行合作研究，利用设备集成进行大面积的石墨烯生产。为实现石墨烯的商业化，须知下列内容。验证石墨烯性能以鉴定应用的可行性是很重要的标准。在对石墨烯的现行成本和预计成本进行审查后，有必要进行成本推测以实现对投资可行性的综合评估。
理论教育 2023-07-01

如何制备水热还原氧化石墨烯？

在水热过程中，使用过热的超临界水代替有机溶液充当还原剂，然后将氧化石墨烯水溶液在180℃条件下的反应釜中处理6h。水热处理后，氧化石墨烯溶液的颜色会从黄褐色变成黑色，最后生成的石墨烯沉淀物呈黑色粉末状。此外，通过控制水热温度还能改变氧化石墨烯的物理特性和石墨烯可调谐的光限幅性能。通过水热还原氧化石墨烯制造石墨烯所面临的挑战：水热过程在高温高压下会产生蒸汽。
理论教育 2023-07-01

石墨烯产业走向：支持活动的公司列表

许多石墨开采公司都支持对石墨烯以及石墨烯相关产品的研究与开发和生产工作，其中一些公司见表9.3。可通过上网浏览了解更多涉及石墨烯行业的公司。表9.5 为石墨烯工业提供软件、技术或其他服务的石墨烯相关公司（续）（续）
理论教育 2023-07-01

石墨烯异质结构的设计方法介绍

当替代金属作为基底时，由于基底引起的结构变形、吸附物、局部电荷紊乱，以及位于边缘的原子结构缺陷甚至原子大小的缺陷，都会引起石墨烯结构的改变，从而形成石墨烯异质结构。其他还有很多用来制备石墨烯和氮化硼异质结构的方法。
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氢等离子体还原氧化石墨烯的研究

氢等离子体还原氧化石墨烯只需将氧化石墨烯在氢等离子体中暴露几秒钟即可完成还原反应，整个过程在150℃和大气压力下即可进行。图7.12 气压等离子辅助还原氧化石墨烯薄膜实验装置示意图。氩气和氢气混合进入微等离子体生成原子氢。
理论教育 2023-07-01

石墨烯独特的热学性能及应用

由于其强大的面内碳键，石墨烯具有独特的热学性能，是一种优秀的热导体。石墨烯的近室温热导率在×103～×103W/（m·K）范围内[巴兰金等，2008]。石墨烯因具有很高的导热性，被作为散热片在电子电路中得到了广泛的应用。热传导是由声子控制的，石墨烯的二维特性使其具有三种声学声子模式。例如：碳纳米管[多壁碳纳米管为3000W/（m·K）[基姆等，2001]、单壁碳纳米管为3500W/（m·K）[波普等，2005]。
理论教育 2023-07-01

石墨烯薄膜抗渗透性的应用优化

石墨烯的很多应用都基于这一特性。此外，石墨烯在未来还有助于通过单层原子中的原子空缺探测气体的渗透性。因此，除了应用于酒精饮料行业以外，石墨烯膜还能降低生物燃料的生产成本。研究显示，25层石墨烯片就能阻止90%的汞蒸气的传播。因此，食物产品包装上可涂有石墨烯片，防止在不利环境下有毒气体渗透包装而污染食物。
理论教育 2023-07-01

探索医疗领域中的二硫化钼外延生长技术

图6.4 范德华力外延生长二硫化钼，使用石墨烯作为生长模板 Copyright 2012 American Chemical Society；Courtesy：Shietal.；Nano Lett.，2012，12，pp2784-2791.目前，尽管众多研究具有广阔的前景，但仍处于初步阶段。
理论教育 2023-07-01

碳纳米管催化反应优化技术

在此法中，将纳米钯作为合适的催化剂放在含氧液体介质中进行微波辐射处理。力场研究证实，通过大幅降低相应的能垒，纳米催化剂钯和空位旁的氧气能够促进解开碳纳米管，以形成石墨烯的过程。通过催化剂打开碳纳米管所面临的挑战：通过插入催化金属纳米粒子生成的石墨烯纳米带较少。图7.4 使用金属团簇作为纳米解剖刀纵向切割多壁碳纳米管，形成石墨纳米带 Copyright.American Chemical Society；Courtesy：Eliasetal.Nano Lett.2010，10，366.图7.5 催化打开碳纳米管原理图。
理论教育 2023-07-01

电能储存技术及超级电容器的应用

然而，高容量电池在短时间内传送大功率电能会缩短电池的使用寿命。图6.1 典型的超级电容器组装原理图超级电容器可用于电网集成电化学电荷储存，这是因为石墨烯涂层的钝化表面电荷可捕捉并提供理想的电极电解质电化学界面，与无钝化多孔硅电极相比，其能量密度提高了40倍，电化学窗口扩大了2倍。
理论教育 2023-07-01

避免使用刻蚀剂的方法

从理论上讲，使用诸如聚二甲基硅氧烷这类弹性印章可以避免石墨烯薄膜与液态刻蚀剂的接触，同时也是运用聚合物支承膜的要求。但迄今为止，聚二甲基硅氧烷对石墨烯质量的提高还未显示出任何显著功效。因此，有必要寻求聚二甲基硅氧烷的替代物或者开发一种使用聚二甲基硅氧烷后能制造出更高质量石墨烯的方法。通常，使用橡胶辊来保证胶带上稳定的压强。研究表明，在转移过程中使用热剥离胶带来获取持续不断的石墨烯是异常困难的。
理论教育 2023-07-01

光催化还原氧化石墨烯技术

同理，其他光催化活性材料，如氧化锌和钒酸铋，也能用于还原氧化石墨烯。这一过程与使用二氧化钛光催化还原氧化石墨烯相似。光激发的氧化锌纳米颗粒与悬浮在乙醇中的氧化石墨烯相互作用，然后氧化石墨烯片就会发生光催化还原反应。氧化锌绿光发射的荧光淬灭作为探针，可用于监控激发态氧化锌和氧化石墨烯之间的电荷转移。
理论教育 2023-07-01
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