昆明理工大學材料學院學生大四上學期專業(yè)課論文 碳納米材料

1、納米碳材料課程名稱：納米材料和技術(shù)學生姓名：XX學 號：XXXX班 級：XX日 期：20XX年X月X日納米碳材料 XX（昆明理工大學，云南省昆明市，650093）摘要：碳納米材料具有獨特的低維納米結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和潛在的應用價值。新型納米材料的碳納米材料因其本身所擁有的潛在優(yōu)越性,在化學、物理學及材料學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景,成為全球科學界各級科研人員爭相關(guān)注的焦點.。本文在前人研究的基礎上對納米碳材料的發(fā)展歷史，幾種主要納米碳材料的特性、應用、制備方面做了一些闡述。關(guān)鍵詞：納米；碳材料；歷史；性質(zhì)；應用；制備；C60；碳納米管；石墨烯一 概述 碳納米材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm

2、的碳材料。分散相既可以由碳原子組成，也可以由異種原子（非碳原子）組成，甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括三種類型：碳納米管，碳納米纖維，納米碳球。碳是自然界中極其豐富的元素之一，也是同素異形體最為豐富的元素之一。金剛石和石墨是被大家所熟知的碳的最常見的兩種同素異形體。1985年富勒烯的發(fā)現(xiàn)讓人們認識了碳家族的一位新成員，并促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)更多碳的同素異形體。1991年碳納米管的問世進一步豐富了碳家族，碳納米管因其優(yōu)異的電學、力學、熱學和物理化學等性能在眾多領(lǐng)域都有著潛在的應用前景，在過去的2O年問受到研究者們廣泛的關(guān)注。2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)在完善碳家族成員的同時也將人們對碳納米材料的研究推向

3、了一個新的高度。二 碳納米材料的發(fā)展歷史人工制備納米材料的歷史有1000多年，如中國古代碳黑制墨，銅鏡表面的納米氧化錫薄膜防銹等，直至膠體化學的建立。從60年代起人們開始自覺地把納米微粒作為研究對象進行探索，但正式把納米材料科學作為材料科學一個新的分支公布于世的是在1990年7月于美國巴爾基摩召開的國際第一屆納米科學技術(shù)會議上。各種形態(tài)的納米晶體。 作為一類很重要的材料，很早之前，人們就開始了相關(guān)領(lǐng)域的研究： 1984年，德國H. Gleiter等首次采用惰性氣體蒸發(fā)冷凝法制備了具有清潔表面的Fe、Cu、Pd等納米金屬微粉。 1985年，美國的R. Smalley和英國的H. Kroto用激光

4、轟擊石墨靶發(fā)現(xiàn)了C。 1991年，日本S. Iijima發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管。 1988年，法國科學家在納米Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應。1994年IBM用它制作磁記錄裝置的讀出磁頭，使磁盤記錄密度提高17倍，并于1997年正式實現(xiàn)商品化。 1998年，美國Minnesota和Princeton大學聯(lián)合制作了量子磁盤。 2000年，中科院金屬所的盧柯首次發(fā)現(xiàn)納米銅的室溫延展超塑性，可在室溫下拉伸51倍不斷裂。 基于2010年諾貝爾獎石墨烯，現(xiàn)在碳納米材料引起了人們更多的關(guān)注，無論是在科研還是在生產(chǎn)實踐方面，都起了很大作用。碳納米材料的研究不僅僅局限于它的神秘和時代潮流，更因于它廣闊的發(fā)展前景

5、。在生產(chǎn)中，隨著科技的發(fā)展，我們的認識進入了一個微觀的領(lǐng)域，每個地方都在講納米，當然材料方面的納米技術(shù)也隨之提到了工作日程上來。近年來，碳納米技術(shù)的研究相當活躍，多種多樣的納米碳結(jié)晶、針狀 、棒狀、桶狀等層出不窮?；诩{米材料的火熱，各個國家在此方面也已經(jīng)有了卓有成效的進步。而且在科研基金方面的投入也越來越大。三 碳納米材料的特性及應用1 C60的主要性質(zhì)及應用 1.1 C60的性質(zhì) C60具有缺電子烯的性質(zhì)，同時它又兼?zhèn)浣o電子能力，六元環(huán)間的6：6雙鍵為反應的活性部位，可發(fā)生諸如氫化、鹵化、氧化還原、環(huán)加成、光化與催化及自由基加成等多種化學反應，并可參與配合作用。C60在超導、磁性、光學、催

6、化、材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，對它的研究已廣泛開展。 由于C60分子中存在的三維高度非定域（電子共軛結(jié)構(gòu)使得它具有良好的光學及非線性光學性能）。C60光激發(fā)后很容易形成電子一空穴對從而產(chǎn)生光電子轉(zhuǎn)移，C60還具有較大的非線性光學系數(shù)和高穩(wěn)定性等特點，可以預計C60將是很好的光電導材料、新型非線性光學材料，有望在光計算、光記憶、光信號處理及控制等方面有所應用。1.2 C的應用（1）超導體 超導現(xiàn)象是大約10年前第一次在一種電子攙雜的富勒烯C60中發(fā)現(xiàn)的。C60分子本身是不導電的絕緣體，但當堿金屬嵌人C60分子之間的空隙后，C60與堿金屬的系列化合物將轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢w如KC60即為超導體，且具

7、有很高的超導臨界溫度。（2）功能材料的制備 由于C60特殊籠形結(jié)構(gòu)及功能，將C60作為新型功能基團引入高分子體系，得到具有優(yōu)異導電、光學性質(zhì)的新型功能高分子材料。將富勒烯豐富的電子和電化學性質(zhì)與富電子的過渡金屬配合物Rubipy，Ruterpy，二茂鐵等電活性物種結(jié)合可用于新型分子電子器件的制備。華中科技大學劉曉國等人將納米富勒烯與丙烯酸(酯)單體在引發(fā)劑作用下共聚，用該聚和物與有機胺中和成鹽使其水性化，制得水溶性納米富勒烯一丙烯酸(酯)高分子成膜材料，發(fā)現(xiàn)富勒烯對丙烯酸(酯)聚和物具有獨特的成膜改性功能。（3）新型催化劑 C60分子的電子親和力較高(2.62.8 ev)易于通過分子內(nèi)或分子間

8、的電子授受作用而發(fā)生氧化還原反應，因此多數(shù)富勒烯或其衍生物的金屬配合物均具有良好的催化性能，如C60 Pdn可在常溫下催化苯乙炔的氫化，C60Pt(Hdh)、C60Pm對端烯烴的硅氫加成有良好的催化活性。（4）生物活性材料 Friedman 等人報道了水溶性二氨基二酸二苯基C60衍生物的合成方法，并證明它有抑制HIVP活性的功效，而艾滋病研究的關(guān)鍵是有效抑制的活性。Nakajima等人將他們合成的帶聚乙二醇的C60-t 生物與 HelaS 細胞共同培養(yǎng)并用光照射，結(jié)果呈現(xiàn)細胞毒性。2 碳納米管的結(jié)構(gòu)性能及應用2.1碳納米管的性能碳納米管是指由類似石墨的六邊形網(wǎng)格組成的管狀物，可以看作是石墨片層

9、繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成。管子一般由單層或多層組成，相應的納米碳管就稱為單壁納米碳管(SWNT)和多壁納米碳管(MWNT)。碳納米管的直徑在幾微米到幾十納米之間,長度可達數(shù)微米,因此有較大的管徑比。資料表明:碳納米管的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方( hcp) , a = 0. 24568nm, c = 0.6852nm,c/a = 2.786,與石墨相比,a值稍小而c值稍大,預示著同一層碳管內(nèi)原子間有更強的鍵合力,碳納米管有極高的同軸向強度。多壁碳納米管存在三種類型的結(jié)構(gòu),分別稱為單臂納米管、鋸齒形納米管和手性納米管。 碳納米管具有很高的楊氏模量和抗拉強度，楊氏模量估計可高達5TPa ；同時碳納米

10、管還具有極高的韌性，十分柔軟。碳納米管的導電性與本身的直徑和螺旋度有關(guān)，隨著這些參數(shù)的變化可表現(xiàn)出導體或半導體性質(zhì)。碳納米管管壁在生長過程中有時會出現(xiàn)五邊形和七邊形缺陷，使其局部區(qū)域呈現(xiàn)異質(zhì)結(jié)特性。不同拓撲結(jié)構(gòu)的碳納米管連接在一起會出現(xiàn)非線性結(jié)效應，有近乎理想的整流效應。在室溫條件下，碳納米管能夠吸收較窄頻譜的光波，能以新的頻譜發(fā)射光波，還能發(fā)射與原來頻譜完全相同的光波。2.2碳納米管的應用（1）納米電子學方面 作為典型的一維量子輸運材料，用金屬性單層碳納米管制成的三極管在低溫下表現(xiàn)出典型的庫侖阻塞和量子電導效應。碳納米管既可作為最細的導線被用在納米電子學器件中，也可以被制成新一代的量子器件。

11、碳納米管還可用作掃描隧道顯微鏡或原子力顯微鏡的探針。碳納米管還為合成其它一維納米材料的控制生長提供了一種模板或框架，碳納米管在高溫下非常穩(wěn)定，利用碳納米管的限制反應可制備其它材料的一維納米結(jié)構(gòu)。這一方法用于制備多種金屬碳化物一維納米晶體和制備氮化物的一維納米材料。在硅襯底上生長碳納米管陣列的工藝與現(xiàn)行的微電子器件的制備工藝完全兼容，這就為碳納米管器件與硅器件的集成提供了可能。美國IBM公司于2001年用單分子碳納米管成功制成了當時世界上最小的邏輯電路。美國IBM于2002年成功開發(fā)出了當時最高性能的碳納米管晶體管，比當時用硅制成的最先進的晶體管的速度還要快。（2）信息科學方面 碳納米管可制作碳

12、納米管場致發(fā)射顯示器碳納米管的頂端很細，有利于電子的發(fā)射，它可用做電子發(fā)射源，推動場發(fā)射平面顯示發(fā)展。實驗證明在硅襯底上可生長規(guī)則的碳納米管陣列，采用蒸發(fā)和掩膜技術(shù)在硅表面形成鐵的薄膜微觀圖形，利用乙烯做反應氣體，在適當?shù)姆磻獥l件下，碳納米管可垂直于襯底表面生長，形成規(guī)則的陣列，陣列的形狀由襯底上鐵膜的微觀圖形決定。這種碳納米管陣列的一個可能的直接應用是場發(fā)射平面顯示。西安交通大學朱長純教授領(lǐng)導的研究小組采用新的技術(shù)，引導碳納米管有序、定向地生長在導電的硅片襯底上引，并且進一步研制出功能完備的場發(fā)射像素管，其純度高、有序性好，場發(fā)射性能也大為提高。和傳統(tǒng)顯示器比，這種顯示器不僅體積小，重量輕，

13、大大省電，顯示質(zhì)量好，而且響應時間僅為幾微秒，從零下45到零上85都能正常工作。（3）能源方面 由于碳納米管具有獨特的納米級尺寸和空心結(jié)構(gòu)，有較大的比表面積，比常用的吸附劑活性炭有更大的氫氣吸附能力，非常適合作為儲氫的材料。碳納米管在儲氫率方面有明顯的優(yōu)勢，加之碳材料的價格低廉，化學性能穩(wěn)定，密度較小，CNT儲氫的應用前景很好。中科院金屬研究所青年研究員成會明博士研究小組，在單壁納米碳管的儲氫研究方面取得顯著成果，他們采用等離子體氫電弧法半連續(xù)大量制備出高質(zhì)量單壁納米碳管，其純度高，納米碳管的直徑較粗。在室溫下獲得優(yōu)異儲氫性能，儲氫量達4Wt以上，其中約四分之三的儲量可在室溫和常壓下放出。（4

14、）材料方面應用 碳納米管的強度約比鋼高100多倍，而比重卻只有鋼的16；同時碳納米管還具有極高的韌性，十分柔軟。它被認為是未來的“超級纖維”，是復合材料中極好的加強材料。目前已經(jīng)用于納米結(jié)構(gòu)復合材料和混凝土的強化。對碳納米管可控制生長技術(shù)、表征技術(shù)和應用的深入研究將會促進納米科學和技術(shù)的發(fā)展，有助于發(fā)現(xiàn)新的效應，發(fā)展新的器件，以至于形成新的產(chǎn)業(yè)。（5）制備納米材料的模板 一維納米中空孔道賦予了納米碳管獨特的吸附、儲氣和浸潤特性。以納米碳管為基礎，利用它的中空結(jié)構(gòu)和毛細作用可制備其它納米結(jié)構(gòu)。對納米碳管進行B、N等元素摻雜已獲得了一系列新型納米管。以納米碳管為母體，通過氣相反應方法可以制備出Si

15、C、GeO2、GaN等多種納米棒以及各種金屬的納米線。這些新的一維納米材料的出現(xiàn)，必將對納米材料的研究和發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。(6)催化劑載體 納米材料比表面積大，具有特殊的電子效應和表面效應。如氣體通過納米碳管的擴散速度為常規(guī)催化劑顆粒的上千倍，擔載上催化劑后可極大地提高催化劑的活性和選擇性，使其在加氫、脫氫和擇型催化等反應中具有很大的應用潛力。(7)復合材料增強相 碳納米管還有非凡的力學性質(zhì)。理論計算表明，碳納米管應具有極高的強度和極大的韌性。由于碳納米管中碳原子間距短、單層碳納米管的管徑小，使得結(jié)構(gòu)中的缺陷不易存在，因此單層碳納米管的楊氏模量據(jù)估計可高達5太帕，其強度約為鋼的100倍，而密

16、度卻只有鋼的1/6。因此，碳納米管被認為是強化相的終級形式,人們估計碳納米管在復合材料中的應用前景將十分廣闊。3 石墨烯的主要性質(zhì)及應用3.1石墨烯的性質(zhì) 石墨烯除了有特殊的結(jié)構(gòu)外，還具有一系列獨特的性質(zhì)。最顯著的是它的導熱性和機械強度。石墨烯本身就是一個良好的導熱體，可以很快地散發(fā)熱量，而電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力，所產(chǎn)生的熱量也非常少；而它的強度可以和碳納米管相媲美，理想強度可達110-130 GPa。理想的單層石墨烯具有超大的比表面積，是很有潛力的儲能材料；同時石墨烯又是一種非常優(yōu)異的半導體材料，具有比硅高很多的載流子遷移率(2×105cm2V)，因為即使在室溫下載流子在石

17、墨烯中的平均自由程和相干長度也可為微米級。石墨烯還是目前已知在常溫下導電性能最優(yōu)秀的材料，電子在其中的運動速度遠遠超過了一般導體，達到了光速的1300；這一特性使其在納電子元件、傳感器、晶體管及電池中有著巨大的應用前景。石墨烯還具有良好的透光性，是傳統(tǒng)IT0膜潛在替代產(chǎn)品。3.2石墨烯的應用（1）鋰離子電池中的應用 石墨烯作為電池電極材料以提高電池效率有著誘人的應用前景。單層或者多層石墨烯在鋰離子電池里的應用潛力引起了各國學者的極大關(guān)注。Yoo等人對應用于鋰離子二次電池負極材料中石罷烯的性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)其比容量可以達到540 mAhg。如果在其中摻入C60 和碳納米管后，負極的比容量分別可

18、達784mAhg和730mAhg。（2）計算機芯片材料中的應用 馬里蘭大學物理學家的研究表明，未來的計算機芯片材料中石墨烯可能取代硅。石墨烯具有遠高于硅的載流子遷移率，并且從理論上說，它的電子遷移率和空穴遷移率兩者相等。因此其n型場效應晶體管和P型場效應晶體管是對稱的，因為其還具有零禁帶特性，即使在室溫下載流子在石墨烯中的平均自由程和相干長度也可為微米級，所以它是一種性能非常優(yōu)異的半導體材料。專家指出硅基芯片在室溫條件下的速度是有限的，很難再大幅提高；而電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力，所產(chǎn)生的熱量也非常少，且石墨烯本身就是一個良好的導熱體，可以很快地散發(fā)熱量，由石墨烯制造的集成電路運行的速度將

19、要快得多。據(jù)估計用石墨烯器件制成的計算機的運行速度可達到lT(1012)Hz ，即比現(xiàn)在常見的1G(109)的計算機快1000倍。（3）減少納米元件噪聲領(lǐng)域的應用 普通的納米元件隨著尺寸越來越小，電噪聲(電荷在材料中反彈導致各種各樣的干涉)，會變得越來越大，這種關(guān)系被稱為“豪格規(guī)則（ HogueSlaw)”.因此，如何減小噪聲成為實現(xiàn)納米元件的關(guān)鍵問題之一。美國蚴司宣布，通過一層疊加在另一層上面的雙層石墨烯來構(gòu)建晶體管時，發(fā)現(xiàn)可大幅降低納米元件特有的噪聲。雖然這離其商品化生產(chǎn)還甚遙遠，還有不少難題要克服，但降低噪聲是石墨烯晶體管研制過程中邁出的重要一步。四 碳納米材料的制備1富勒烯(C60 )

20、 的制備1.1石墨激光汽化法 最初于室溫下He氣流中用脈沖激光技術(shù)蒸發(fā)石墨導致了C60 的發(fā)現(xiàn)，碳蒸氣的快速冷卻導致了C60分子的形成。由時間飛行質(zhì)譜檢測到的C60存在。但它只在氣相中產(chǎn)生極微量的富勒烯，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)C60可溶于甲苯。隨后的研究表明其中還包含著分子量更大的富勒烯。此后發(fā)現(xiàn)在一個爐中預加熱石墨靶到12000C可大大提高C60的產(chǎn)率，但用此方法無法收集到常量的樣品。 1.2石墨電弧放電法 電阻熱放電技術(shù)是第一個產(chǎn)生出常量富勒烯的方法，這一技術(shù)仍然是目前知道的較高產(chǎn)率制造方法之一。許多研究小組對此方法加以改進，獲得了可溶性富勒烯.通?？烧颊舭l(fā)石墨的20%，有時可達30%以上。遺憾的是由

21、于內(nèi)在原因，根本上限制了所使用碳棒的直徑必須在3mm以內(nèi)，因此只能小量生產(chǎn)。主要的困難是碳棒中部溫度最高，碳的蒸發(fā)速度也最快，很快變細直到斷裂，運行中斷。此外，快速蒸發(fā)的溫度很高（30000C），整個碳棒黑體的輻射能量損失也大，經(jīng)濟上也不合算。1.3石墨高頻電爐加熱蒸發(fā)法 1992年P(guān)eter和Jansen等利用高頻電爐在27000C，150K PaHe氣氛中于一個氮化硼支架上直接加熱石墨樣品，得到產(chǎn)率為8%12%的煙灰。這是一種直接加熱石墨的方式，它與太陽能加熱石墨法的共同點是：石墨尺寸比原先Kratschmer- Huffman法允許大得多。但是兩者的輻射能量利用率和產(chǎn)率都不能與石墨電弧放

22、電法競爭。 2 碳納米管的制備2.1石墨電弧法陽極石墨電極在電弧產(chǎn)生的高溫下蒸發(fā),在陰極沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物。用純石墨電極制備的碳納米管存在石墨碳納米顆粒、 無定形碳等雜質(zhì),產(chǎn)量不高且分離困難。 在石墨電極中加入Fe , Co , N i等催化劑可以降低反應溫度, 擇優(yōu)生成碳納米管。在制備碳納米管的過程中,通過對電弧放電條件、催化劑、電極尺寸、進料方式、極間距離以及原料種類等工藝條件進行優(yōu)化, 電弧法變得日漸成熟。由電弧法得到的碳納米管形直, 壁簿(多壁甚至單壁) , 但產(chǎn)出率偏低, 電弧放電過程難以控制, 制備成本偏高,其工業(yè)化生產(chǎn)還需探索。2.2激光蒸發(fā)法利用高能量密度激光在特定的氣氛

23、下照射含催化劑的石墨靶,激發(fā)出來的碳原子和催化劑顆粒被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū), 在載體氣體中氣態(tài)碳在催化劑的作用下相互碰撞生成碳納米管.在1437k下, THESS等采用雙脈沖激光照射含Ni/Co催化劑顆粒的石墨靶, 獲得較大數(shù)量和高質(zhì)量的單壁碳納米管。陳文哲等用脈沖激光轟擊流動的乙醇和鎳-石墨靶的固-液界面, 也制得了碳納米管. 碳納米管的生長主要受到激光強度、 生長腔的壓強,以及氣體流速等因素的影響.此法得到的大多是單壁碳納米管,質(zhì)量高,但產(chǎn)量較低。2.3催化熱解法催化熱解法( CVD )又叫化學氣相沉積法, 含有碳的氣體流經(jīng)催化劑納米顆粒表面時分解產(chǎn)生碳原子,在催化劑表面生成碳納米管.催

24、化熱解法又以催化劑存在方式的不同被分為基體法和浮游法等. 基體法利用石墨或陶瓷等作載體,將催化劑附著于其上,高溫下通入含碳氣體使之分解并在催化劑顆粒上長出碳納米管; 浮游法就是直接加熱催化劑前驅(qū)體使其成氣態(tài), 同時與氣態(tài)烴一起被引入反應室,在不同溫區(qū)各自分解,分解的催化劑原子逐漸聚集成納米級顆粒,浮游在反應空間,分解的碳原子在催化劑顆粒上析出,形成碳納米管。此方法可連續(xù)生產(chǎn)。 載體的類型、催化劑的種類和制備方法、反應氣體種類,以及流量和反應溫度等對碳納米管生長有較大影響。此方法的反應過程易于控制反應溫度相對較低, 產(chǎn)品純度較高, 成本低,產(chǎn)量高,適用性強,現(xiàn)被廣泛用于碳納米管的制備。3 石墨烯

25、的制備 機械剝離法、加熱SiC法是制備石墨烯的典型方法, 但這些方法制備的樣品存在一定缺陷,不能反映理想石墨烯的本征物性。隨著對石墨烯研究的不斷深入,近1年來新的制備方法不斷涌現(xiàn), 主要有以下幾種:3.1 SiC 熱解外延生長法 該方法首先將樣品的表面通過氧化或H 刻蝕，然后在高真空下（1.32×10Pa）電子轟擊加熱到1000 以去除氧化物，并用俄歇電子能譜檢測表面氧化物的去除情況，氧化物被完全去除后將樣品加熱至1250 1450 ，即可形成石墨烯層。Berger 等通過熱解脫除單晶6H-SiC 的（00001）面上的Si 而得到了單層和多層的石墨烯片。通過SiC 熱解外延生長法可

26、以制備出大面積的石墨烯，且質(zhì)量較高，但是制備條件比較苛刻，要在高溫高真空條件下進行，SiC 的價格也比較昂貴，且制得的石墨烯片不易從SiC 轉(zhuǎn)移下來。3.2 化學氣相沉積法（CVD）用CVD 法制備石墨烯的研究早在上世紀70 年代就已有報道，CVD 法是以甲烷等含碳化合物作為碳源，在鎳、銅等具有溶碳量的金屬基體上通過將碳源高溫分解然后采用強迫冷卻的方式而在基體表面形成石墨烯。CVD 法制備石墨烯簡單易行，可以得到質(zhì)量較高的石墨烯，且易于從基體上分離，主要被用于石墨烯透明導電薄膜和晶體管的制備。CVD 法可獲得大面積, 厚度可控的高質(zhì)量石墨烯, 并與現(xiàn)有的半導體制造工藝兼容。3.3 化學法 化學

27、法首先利用氧化反應將石墨氧化為氧化石墨，通過在石墨層與層之間的碳原子上引入含氧官能團而增大層間距，進而削弱層間的相互作用。常見的氧化方法有Brodie 法、Staudenmaier 法及Hummers 法，其原理均是先用強酸對石墨進行處理，然后加入強氧化劑進行氧化。氧化后的石墨通過超聲剝離而形成氧化石墨烯，然后加入還原劑進行還原，從而得到石墨烯。常用的還原劑有水合肼、NaBH 以及強堿超聲還原等。NaBH 由于價格比較昂貴且容易殘留B元素，而強堿超聲還原雖然操作簡單且較環(huán)保，但很難還原徹底，還原后通常會有大量含氧官能團的殘留，因而通常采用較廉價水合肼來還原氧化石墨。水合肼還原的優(yōu)點在于還原能力

28、較強且水合肼易于揮發(fā)，在產(chǎn)物中不會殘留雜質(zhì)，在還原過程中，通常加入適量的氨水，一方面提高水合肼的還原能力，另一方面可以使石墨烯的表面因帶負電荷而相互排斥，進而減少石墨烯的團聚。 通過化學氧化還原法可以實現(xiàn)石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實現(xiàn)對石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復合材料、儲能等研究中。但是因為氧化、超聲過程中部分碳原子的缺失以及還原過程中含氧官能團的殘留往往使得制得的石墨烯含有較多的缺陷，使其導電性降低，進而限制了其在對石墨烯質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域中的應用。五 未來展望 19世紀可稱作“鐵的時代”，剛剛過去的20世紀被人們稱為“硅的時代”，而富勒烯、碳納米管和石墨烯三種碳納米材料的相繼發(fā)現(xiàn)及其奇特物化性質(zhì)的揭示。讓許多人驚呼“碳時代”的到來”。碳納米管、石墨烯等碳納米材料在未來替代硅的巨大潛力，及其在新能源、航天、軍事等領(lǐng)域中的應用前景，使科技界、工商界以及各國政府極為興奮。隨著研究的不斷深入，碳