众文网1.石墨烯的物理特性和应用分析
具有较大的比表面积，良好的导电性和导热特性，是很有潜力的储能材料。石墨烯作为新型储能材料，其优势有以下几点：
石墨烯具有良好的导电性和开放的表面，赋予其很好的储能功率特性。其宏观结构由微米级、导电性好的石墨烯片层搭接而形成，形成开放的大孔径体系，这样的结构为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道，保证这种材料良好的功率特性。
石墨原料储量丰富、便宜，化学法制备的石墨烯成本较低。在对其工艺进行优化、放大之后，化学法制备的功能化石墨烯材料有望成为很有竞争力的储能材料。
石墨烯性状特征和活性炭、石墨材料相近，如果作为电极材料，可以与现有的超级电容器和锂离子电池的工艺路线兼容。石墨烯材料具有导电和导热特性，且可以形成厚度可调控的石墨烯膜，可以构建非常好的薄膜电池和储能器件。
石墨烯具有较大的理论比表面积，大的比表面积决定了其具有较高的能量密度。目前石墨烯材料的比表面积（200~1200 m2 /g） 与理论预测值还有较大的差距，如何调控石墨烯的织构，使石墨烯表面可以完全被电解质溶液所浸润，是目前的重要课题。
石墨烯作为sp2杂化材料的基元材料，可以通过表面改性、复合，构筑“纳米建筑”等手段对其进行二次结构的构建，通过优化结构，获得高储电容量的材料。在分子筛微孔孔隙中可以制备获得单层石墨烯片层扭曲形成的单壁多孔炭，经过热处理可以获得非常好的大功率特性。苏州华诚电子石墨烯。
总之，石墨烯材料具有优异的储能性质，也表现出良好的应用前景。目前石墨烯的研究尚待深入，经过系统研发，解决其中科学问题和工艺问题后，有望成为市场潜力巨大的电极材料。
2.石墨烯材料应用
石墨烯作为碳纳米材料科技创新的前沿领域，凭借其特殊的晶体结构性能引起了科学界的广泛关注和研究，是迄今为止发现的最薄的二维材料，被认为是构建石墨、富勒烯和碳纳米管和石墨的基本结构单元，具有优良的导热性能，力学性能，较高的电子迁移率，较高的比表面积和量子霍尔效应等性质。
由于石墨烯具有优异的导热性能和力学性能，故其在传感器、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、药物控制释放等领域表现出众多潜在的石墨烯应用前景。引领了21世纪新的技术革命。
看好未来突破五大领域业内普遍的看法是，未来石墨烯的应用前景将会在五大领域出现。一是光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、可穿戴设备、OLED、太阳能等领域中发挥作用。
这也是目前公认最可能首先实现商品化的领域。二是能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常好的导电性。
采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍左右，被称作最理想的电极材料。三是功能复合材料，通过将石墨烯加入各种塑形基体，能够制备出具有很好导电、导热、可加工、耐损伤的特殊材料，在集成电路、散热片、高韧性容器等方面有应用潜力。
四是微电子器件。未来的石墨烯半导体、石墨烯集成电路、THz器件等领域，可能需要利用石墨烯独特的性质来发挥。
五是生物医药和传感器领域，石墨烯对单分子的响应能力、承载抗体后的分子输运能力都是其他传感器不能实现的。1. 石墨烯的应用---石墨烯电池2. 石墨烯的应用---石墨烯集成电路3. 石墨烯的应用---石墨烯触摸屏4. 石墨烯的应用---石墨烯存储器7. 石墨烯的应用---石墨烯“人工喉”8. 石墨烯的应用---石墨烯灯泡9. 石墨烯的应用---海水淡化滤膜10. 石墨烯的应用---石墨烯除污海绵11.石墨烯的应用---防锈12.石墨烯的应用---扬声器13.石墨烯的应用---超级电容14.石墨烯的应用---15.石墨烯的应用---柔性电子线路16.石墨烯的应用---人工肌肉18.石墨烯的应用---DNA测序19.石墨烯的应用---夜视。
3.几种无机纳米粒子/(氧化)石墨烯复合材料的制备及性能研究
论文英文摘要 石墨烯，这一由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，自2004年发现以来，因具有优异的电学、热学、光学和力学性能，受到广大科研工作者的极大关注。
近年来，石墨烯复合材料的研究已成为人们关注的焦点。本论文主要以氧化石墨为前驱体，通过静电吸引机制和金属离子结合制备出了多种金属氧化物和金属氢氧化物/（氧化）石墨烯复合材料。
对这些复合物进行了相关的表征，并且研究了他们的光催化和电化学等性质。主要内容如下： 1.利用氧化石墨在溶液中超声剥离容易形成带负电的氧化石墨烯这一特性，通过与锌金属离子结合，在水-乙醇介质中采用快速沉淀法成功将ZnO纳米粒子与氧化石墨烯复合，获得了ZnO/氧化石墨烯纳米复合物（GO-ZnO）。
在对亚甲基蓝的光催化降解实验中，发现GO-ZnO纳米复合物光催化降解效果良好，降解量达92%。 2.以氧化石墨为前驱体，在乙二醇介质中采用溶剂热法一步成功合成了石墨烯负载氧化锌纳米复合物。
在ZnO纳米晶原位成核生长的同时，反应体系中的溶剂乙二醇同时充当还原剂，在高温条件下将氧化石墨烯还原，去除其表面的大量含氧基团，从而形成氧化锌-石墨烯纳米复合物。
4.石墨烯对电池技术的发展有何贡献
石墨烯特性：
1. 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
2. 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。
3. 石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”。
一句话，石墨烯是一种纳米数量级的材料，具有高强度、高弹性和高导电性等性质。
作为一种纳米材料，石墨烯给人的最初印象是，它可能成为一种制造太空电梯材料的候补。即使在百度百科中，石墨烯的电学性能也仅仅占其性能的一部分。如果不是在第三点中“顺便”提了一下其高导电性的话，仅从定义中很难找到石墨烯和电池的关系。
不过，纳米材料是人类没有涉及到的一类世界，我们从宏观世界中所得到的种种“常识”，在微观世界里并不能很好地再现。
如果说，纳米数量级的石墨烯能够对提高电池的性能有什么帮助的话，需要从电池的原理上进行分析。
二、电极材料与电池容量的关系
我们知道：从微观的角度看蓄电池的充放电过程，实际上是一个阳离子在电极中“镶嵌”和“脱离”的过程。所以，如果电极材料中的孔洞越多，则这个过程进行的越迅速。在宏观的角度看则表现为蓄电池充放电的速度越快。
石墨烯的微观构造，是一个由碳原子所组成的网状结构。因为具有极限的薄度（只有一层原子的厚度），所以阳离子的移动所受限制很小。同时正因为具有网状结构，由石墨烯所制成的电极材料也拥有充分的孔洞。
从这个方面看，石墨烯无疑是一种非常理想的电极材料。
据位于美国研究者的研究表明：使用石墨烯作为电池的样机材料，其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍。
5.石墨烯用作锂离子负极材料
石墨烯可以直接应用在锂离子电池负极材料中的。
石墨烯直接储锂的优点：1）高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入？脱嵌，比容量可达700~2000 mAh/g;2）高充放电速率：多层石墨烯材料的层间距离要明显大于石墨的层间距，更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。大多研究也表明，石墨烯负极的容量有540 mA·h/g左右，但由于其表面大量的含氧基团充放电过程中分解或与Li+发生反应造成电池容量的衰减，其倍率性能也受到较大影响。
杂原子的掺杂带来的缺陷会改变石墨烯负极材料的表面形貌，进而改善电极-电解液之间的润湿性，缩短电极内部电子传递的距离，提高Li+在电极材料中的扩散传递速度，从而提高电极材料的导电性和热稳定性（石墨烯、厂家）。吴江。华诚电子例如掺杂的N、B原子可使石墨烯的结构发生形变，在50 mA/g倍率下充放电，容量为1540 mAh/g，且掺杂N、B 后的石墨烯材料可以在较短的时间内进行快速充放电，在快速充放电倍率为25A/g下，电池充满时间为30s。
但石墨烯材料直接作为电池负极仍然存在一些缺点，包括：1）制备的单层石墨烯片层极易堆积，比表面积的减少使其丧失了部分高储锂空间；2）首次库伦效率低，一般低于 70%。由于大比表面积和丰富的官能团，循环过程中电解质会在石墨烯表面发生分解，形成SEI 膜；同时，碳材料表面残余的含氧基团与锂离子发生不可逆副反应，造成可逆容量的进一步下降；3）初期容量衰减快；4）电压平台及电压滞后。因此，为解决存在的这一系列问题，将石墨烯和其他材料进行复合制作成石墨烯基复合负极材料成为现在锂电池研究的热点和锂电负极材料发展的一个方向。
6.石墨烯应用
石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约10 万纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料。
石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。
7.我国石墨烯行业的发展前景知多少
石墨烯是一种新型纳米材料，于2004年被制造出来，是世界上最硬的、柔韧性最强的材料。由于性能优良、功能众多，能广泛应用于锂电池、能源装备、交通运输、航空航天等领域。
参考《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》显示，2016年石墨烯产值将达30亿元，是2015年6亿元的五倍；到2018年，石墨烯产值达到100亿元。
尽管前景十分可观，但受制于产量、实质性应用产品缺乏等因素，石墨烯商业化应用始终没有得到大的突破。而相关研究热度不减，呈现出研发与应用不匹配的局面。
2011年，国内关于石墨烯相关论文发表数量为278篇，到2015年时已增至1239篇。可见，对石墨烯的研究一直在大幅增长，而石墨烯产值变动却不明显。
我国对石墨烯的研究，在2013年之后开始有大的突破。2015年开始，政府对石墨烯的关注度大幅提升，商界、学术界对石墨烯的热情日益高涨，产业化应用曙光方逐渐显现。
8.石墨烯的研究历史
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，在随后三年内， 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
转载请注明出处众文网 » 石墨烯材料应用毕业论文(石墨烯的物理特性和应用分析)