學(xué)生石墨烯文獻(xiàn)翻譯

1、石墨烯聚合物納米復(fù)合材料摘要：石墨烯由于其特殊的電導(dǎo)性、機(jī)械性能和大的表面積而具有巨大的科研價(jià)值，當(dāng)加入適當(dāng)時(shí)，這些原子薄碳層可以顯著提高主要高聚物的物理性能。我們首先按照從上到下的戰(zhàn)略回顧一下從氧化石墨到石墨烯的生產(chǎn)工藝過程，包括每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。然后按溶解和熔融的戰(zhàn)略即分散化學(xué)和加熱的方法討論降低氧化石墨在聚合物中的含量。對(duì)于微粒大小的性質(zhì)、表面性質(zhì)和在基體中的離散性的技術(shù)分析也有介紹。我們總結(jié)石墨烯聚合物納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性、

2、導(dǎo)熱性、機(jī)械性能和阻氣性。我們結(jié)合石墨烯復(fù)合材料的加工和可量測(cè)性總結(jié)這些觀點(diǎn)列出最近的挑戰(zhàn)和這些新的納米復(fù)合材料的遠(yuǎn)景。1介紹基于炭黑、碳納米管和層狀硅酸鹽的聚合物納米復(fù)合材料被用于增強(qiáng)聚合物的機(jī)械性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和阻氣性。石墨烯極其特殊的物理性能和能溶于多種基本聚合物的結(jié)合的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了一類新的聚合物納米復(fù)合材料。石墨烯是由sp2雜化的碳原子按蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列成的單層、二維片狀結(jié)構(gòu)。它被譽(yù)為其他所有不同維數(shù)的石墨碳的同素體的基礎(chǔ)材料，

3、例如，石墨（三維碳的同素體）由石墨烯的薄碳片正面向上堆積在一起并且分開距離為3.37A組成。0維同素體，富勒烯（足球烯），可以想象成單層石墨烯的一部分卷曲成的。一維碳同素體，碳納米管和碳納米帶可以分別由單層石墨烯旋轉(zhuǎn)和剪切制成。實(shí)際上，然而，這些碳的同素體，除了碳納米帶，都不是由石墨烯合成的。石墨是一種天然生成的材料，它最早的記載于1555年在英國(guó)的Browdale，但是它最早的應(yīng)用可向前追溯4000年。在1985年發(fā)現(xiàn)富勒烯后于199

4、1年第一次合成單壁碳納米管。盡管生產(chǎn)石墨烯納米片的第一個(gè)方法報(bào)道可以追溯到1970年，但對(duì)存在的單層石墨烯在2004年第一次被生產(chǎn)出來，用微機(jī)械剝離的方法從石墨中分離出石墨烯。楊氏模量為1TPa和極限強(qiáng)度為130GPa，單層石墨烯為測(cè)量出來的最強(qiáng)的材料。它的導(dǎo)熱系數(shù)為5000Wcm3KJ與報(bào)道的碳納米束最高值的上限相一致。而且，單層石墨烯有很高的電導(dǎo)率，高達(dá)6000cm，并且不像碳納米管，手性特性不是影響電導(dǎo)率的因素。這些特性加之極高的

5、表面積（理論極限：2630m2g）和不透過氣體性，表明石墨烯對(duì)提高聚合物的機(jī)械性質(zhì)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和阻氣性的巨大潛力。由于石墨烯薄層的性質(zhì)引起巨大興趣并且發(fā)現(xiàn)了它們的生產(chǎn)方法，世界各地的科學(xué)家都有在研究石墨烯，研究石墨烯的研究機(jī)構(gòu)的數(shù)目清楚地證明了這些興趣。一個(gè)簡(jiǎn)單的研究用石墨烯作為關(guān)鍵字從三個(gè)最常用的數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，例如IsIwabvfScienceScienceDirectSciFinder如圖2所示，表明出版論文從2005到2009近

6、3000篇的速度增長(zhǎng)。用“石墨烯復(fù)合物“作為關(guān)鍵字的文獻(xiàn)的數(shù)目的簡(jiǎn)單趨勢(shì)也可見于圖2.在這篇文章里，我們專注于石墨烯石墨烯復(fù)合物高聚物來評(píng)論這項(xiàng)文化。我們首先評(píng)論準(zhǔn)備石墨烯薄層的不同方法，以這些方法適合高聚物復(fù)合應(yīng)用為重點(diǎn)。然后討論表征石墨烯的方法包括層數(shù)、薄層厚度和化學(xué)改性。石墨烯進(jìn)入聚合物的分散途徑和生成的聚合物石墨烯復(fù)合物的性質(zhì)也被評(píng)論。我們總結(jié)了這令人興奮的新的納米復(fù)合材料的未來發(fā)展的挑戰(zhàn)2BottomUp石墨烯石墨烯通過多種方

7、法合成，例如化學(xué)氣相沉淀法、CVD和epitaxialgrowth經(jīng)常用于生產(chǎn)少量厚的、無缺陷的石墨烯薄層。它們?cè)谏a(chǎn)用于基礎(chǔ)研究和導(dǎo)電應(yīng)用的石墨烯薄片比機(jī)械的還原為石墨烯還沒有發(fā)現(xiàn)，在下面兩節(jié)描述這些方法。對(duì)這些方法的更多細(xì)節(jié)，我們提供ParkRuoff’s的最近評(píng)論3.3.GO的化學(xué)還原在這些方法中，形成一個(gè)穩(wěn)定的GO的膠體，然后化學(xué)還原剝離的氧化石墨烯薄層。使用水、酒精和其他質(zhì)子溶劑結(jié)合超聲或長(zhǎng)時(shí)間攪拌可以得到穩(wěn)定的氧化石墨烯的穩(wěn)

8、定膠體。另外，GO在極性非質(zhì)子溶劑中與有機(jī)化合物如異氰酸酯和十八胺或治療性表面活性劑反應(yīng)可以被剝離。盡管這些懸浮液可以用來生產(chǎn)GO聚合物復(fù)合材料，氧化石墨烯的導(dǎo)電性低和穩(wěn)定性差是明顯的缺點(diǎn)。氧化石墨烯膠體或有機(jī)處理的樣品可以通過用肼、二甲肼、由肼生成的博羅氫鈉肼、對(duì)苯二酚和紫外線照射二氧化鈦化學(xué)還原的方法生產(chǎn)化學(xué)還原的石墨烯。Stankovichetal.提出用肼還原氧化石墨的一下機(jī)制。還原的氧化石墨烯恢復(fù)導(dǎo)電性。然而，仍含大量的氧：C

9、O～101.盡管化學(xué)還原氧化石墨烯為生產(chǎn)CRG提供了有效的途徑，在還原中使用化學(xué)品的危險(xiǎn)性和費(fèi)用可能限制它的使用。一種替換化學(xué)還原法的是在高溫（120200C）高壓的水中對(duì)氧化石墨烯的羥基脫水。在酸性條件下鋁粉可以催化該過程。3.4.熱剝離和還原熱還原氧化石墨烯可以通過在惰性氣體和高溫下快速加熱干的GO來生產(chǎn)。在惰性環(huán)境中1000C時(shí)加熱GO30S導(dǎo)致GO還原和剝離，產(chǎn)生TRG薄層。由于環(huán)氧樹脂分解產(chǎn)生壓力氣體時(shí)發(fā)生剝離并且GO的羥基通

10、過范德華力控制氧化石墨烯薄層在一起。約30％的重量損失與含氧基團(tuán)的分解和水分的蒸發(fā)有關(guān)。由于剝離導(dǎo)致體積100300倍的擴(kuò)大產(chǎn)生非常低密度散裝的TRG薄層（圖5d）由于CO2損失所造成的結(jié)構(gòu)缺陷，這些薄層是高度褶皺的如圖5e所示。80%的TRG薄層是單層的，與起始的GO薄層大小不同它的平均大小約500nm。熱機(jī)械法的優(yōu)勢(shì)是不需要在溶劑中分散就能產(chǎn)生化學(xué)改性的石墨烯薄層的能力。相比GO的CO比為21，TRG的約是101。通過高溫（1500

11、C）或長(zhǎng)時(shí)間熱處理這一比例已上升為6601。TRG薄層有高的表面積，1700m2g以亞甲藍(lán)作為標(biāo)準(zhǔn)，并且可以很好的分散在有機(jī)溶劑中例如N，N二甲基甲酰胺（DMF）和四氫呋喃等。報(bào)道壓實(shí)密度為0.3gcm3的導(dǎo)電率介于10de到20Scm，相比無缺陷的單層石墨烯薄層，熱還原也導(dǎo)致導(dǎo)電率的恢復(fù)。通過不同的自上而下的方法產(chǎn)生的石墨烯薄層的性質(zhì)、平均大小、厚度和每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié)在表2里。正如上面和表中的討論，準(zhǔn)備聚合物納米復(fù)合材料的石墨

12、烯的最好路徑是從GO開始。因此，在這個(gè)角度的其余部分，我們將繼續(xù)關(guān)注這些路線。4.石墨烯的表征證明上述合成方法事實(shí)上能產(chǎn)生單層石墨烯非常重要。此外，這些薄層的大小和附加功能對(duì)在聚合物中的擴(kuò)散是重要的。在本節(jié)中，我們簡(jiǎn)要回顧最適合表征石墨烯薄片的技術(shù)。4.1.層的數(shù)量和大小使用X射線衍射證明石墨被插入，例如，最明顯的反射在2θ=26.3（銅雷克南輻射，X射線反射波長(zhǎng)=0.154nm）的石墨轉(zhuǎn)變?yōu)?4.1—14.9的氧化石墨。然而，當(dāng)GO薄