二维功能材料的生物学效应

继石墨烯被发现以来,因其稳定的二维结构和独特的物理化学性质,在材料、能源、环境、生物等领域展现出广泛应用前景,也已成为纳米生物医学的研究热点,被用于生物传感、细胞成像、药物运输、组织工程等领域.随后,具有类似结构的相关二维功能材料的研究也层出不穷、备受关注.本文综述了以石墨烯为代表的二维功能材料的生物学效应,并作出展望.     

基于石墨烯的多维度材料构筑及性能研究进展

 石墨烯是碳原子以六角形密堆积形成的二维原子晶体,具有独特的物理化学性质,在电子器件、能源环境和生物医学等领域有着广阔的应用前景。石墨烯的可控制备和组装是其实现实际应用的前提条件。近年来,相继开发出一系列石墨烯自组装与结构调控的技术方法,得到了多种结构特异、组成丰富和性能独特的石墨烯基多维度结构。本文从水溶性的氧化石墨烯出发,综述从零维到三维一系列不同维度和尺度石墨烯的自组装行为和材料构筑策略。对石墨烯的不同组装结构进行系统分类,提出其多维度组装体系的概念。石墨烯的多维度组装体系,在微纳米尺度上包括零维度的石墨烯基纳米颗粒和一维的石墨烯纳米线,在宏观尺度上包括二维石墨烯薄膜和三维的宏观体结构,最后对相关研究领域的发展趋势进行了总结和展望,结合计算化学的相关结果,预测了一系列未开发的石墨烯自组装结构。     

石墨烯的制备、表征研究进展

石墨烯由于独特的单原子层二维结构及优异的性能,引起了众多学者研究兴趣,在材料、电子、化学、能源、生物医药等众多领域具有广阔的应用前景.通过查阅大量相关文献,总结了石墨烯的各种制备方法及其优缺点,概述了石墨烯的表征方法,展望了石墨烯巨大的应用空间,展示了石墨烯的研究方向,为后续研究石墨烯的工作提供了可借鉴的思路.     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

碳基二维晶体材料的研究进展

石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列而形成的蜂窝状二维层状晶体,具有众多奇异的电子、热、机械及光学等特性和广泛的应用前景.近年来,受到石墨烯研究的启示,新型二维层状晶体如六方氮化硼、过渡金属硫族化合物以及硅烯等受到越来越多的关注,正成为国际学术界的研究热点.本文简明地评述了碳基二维晶体材料研究的历史及现状,特别是石墨烯和硼、氮杂化石墨烯的研究进展,最后对碳基二维新材料的研究发展趋势进行了展望.     

石墨烯复合材料的研究进展

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的性能,已成为国内外学者研究的热点。本文对石墨烯与无机、有机及多相材料的复合研究进行了综述,并指出这些复合材料的应用前景和发展方向。     

氧化石墨烯/铅复合材料的合成

石墨烯是最薄的二维材料,具有极大的比表面积,可以作为纳米颗粒的基底.将氧化石墨烯和金属纳米颗粒进行复合,发挥二者的协同作用,是一种拓展和增强这2种材料性能的优选方法.本文将乙酸铅引入分散在水中的氧化石墨烯体系,获得了负载铅纳米复合材料,发现在该体系中氧化石墨烯的还原性也得到了发挥.      

功能化石墨烯在生物医学研究中的应用

石墨烯以其独特的二维结构和优良的电学、光学、热学和机械性能,自2004年来倍受研究人员的高度关注,迅速成为材料、化学、物理和医学领域的热点研究课题.在简要介绍石墨烯基本情况的基础上,重点阐述了石墨烯在生物传感器、靶向给药中的应用.     

石墨烯复合高性能聚乙烯醇纤维的制备方法

高性能纤维的发展是一个国家化工实力的体现。石墨烯作为一种颠覆性新材料,其自身具有超高的力学性能和二维片层特性,将石墨烯与聚合物进行复合制备高性能复合材料已成为近年来的研究热点。本文通过对原料、纺丝、热处理等工序的研究,论述了石墨烯复合高性能聚乙烯醇纤维的制备方法。     

石墨烯透明导电薄膜的研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维原子晶体,在薄膜制备中具有很多优点,如高化学和机械稳定性、高透光率、良好的导电性、优异的柔韧性以及原料廉价等,因而被认为是制备透明导电薄膜最有前途的材料之一.文中主要针对单层石墨烯的制备以及石墨烯基透明导电薄膜的研究进展进行综述,并对其发展前景进行展望.     

功能化石墨烯的性能与应用

石墨烯是一种具有独特二维晶体结构的新型碳纳米材料,具有优异的力学、电学、光学和热学性能,但是在溶剂中难以分散限制了其在很多领域的应用.功能化石墨烯提高了分散性,充分发挥了石墨烯的优良性能,在储能、生物医药、传感器和复合材料方面具有光明的应用前景.综述了石墨烯和功能化石墨烯的制备方法、优良性能及其各领域的应用.     

石墨烯及二维六方氮化硼在LED散热中的应用

随着发光二极管的广泛应用,其散热问题日趋受到重视.针对发光二极管热导率影响其量子效率和产品寿命的问题,以具有高导热性能的石墨烯和二维六方氮化硼材料作为研究对象,综述了石墨烯和二维六方氮化硼在发光二极管电子器件散热领域中的一些重要的基础研究成果,并展望其在未来的应用前景.     

一维到二维石墨烯声子热传导的分子动力学模拟

利用非平衡态分子动力学方法研究石墨烯纳米带的热导率与维数变化之间的过渡关系.改变石墨烯纳米带的宽度,令其从准一维过渡到二维,其热导率和长度L之间的关系也由κ∝Lβ过渡到κ∝ln L.增加石墨烯的层数,令其从二维过渡到三维,发现由单层变化到两层时,其热导率明显降低,再增加层数时热导率没有明显变化;相同尺寸不同类型的石墨烯纳米带,锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带的热导率.     

晶圆级二维单晶材料生长的研究进展

低维材料因其原子级的物理尺寸而拥有独特的物理化学性质. 以石墨烯为代表的二维材料具有优越的光学、电学、力学及热学性能,在电子、光电、能源、催化等领域具有巨大的应用潜力. 大尺寸、高质量的单晶材料是大规模高端器件的应用基础. 为此,研究者们致力于实现晶圆级二维单晶材料的制造研究. 利用化学气相沉积法(CVD)制备二维材料具有薄膜质量高、可控性强、均匀性好等优点,因此,CVD成为制备高质量二维单晶材料的首选. 文章从二维导电石墨烯、绝缘氮化硼和半导体过渡金属硫族化合物入手,总结了近年来利用CVD技术外延制造二维单晶薄膜的研究进展,讨论了大面积二维单晶材料的制备策略与生长机理,指出了目前存在的问题,对未来高质量二维单晶薄膜的制备方法进行了展望. 该综述为进一步推动二维单晶材料的规模化应用提供借鉴.     

石墨烯在强化传热领域的研究进展

 石墨烯是一种单原子层厚度的二维平面碳纳米材料,具有超高的载流子迁移率、高热导率等特性。本文综述目前石墨烯在强化传热领域的研究进展,包括石墨烯热导率的测试方法,以及石墨烯在纳米流体、热界面材料、高导热复合高分子材料方面的应用,并对未来石墨烯的研究方向进行展望。     

三维自组装石墨烯的细胞相容性研究

针对石墨烯的二维平面结构不利于细胞在材料上延伸生长和黏附的问题,通过水热法合成自组装石墨烯,搭建利于细胞生长和黏附的三维结构.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X线光电子能谱和接触角测试仪对样品的表面形貌、微观结构、化学键、原子组态和亲水性能进行测试,并通过形体外细胞实验研究了L929小鼠肺部成纤维细胞在材料上的黏附和增殖生长等行为.实验结果表明:自组装石墨烯具有孔径为1~3μm的孔洞,材料整体呈网状结构,为多层石墨烯片层的堆叠;样品中部分C元素分别与H和O元素结合生成多种官能团;三维自组装石墨烯的亲水性和表面细胞增殖生长情况均优于二维石墨烯,更适于作为组织支架促进细胞生长.     

石墨烯及其衍生物在小鼠体内的分布与毒性效应

石墨烯以其独特的二维结构具有的性质,吸引着世界科学家的高度关注.毫无疑问,石墨烯以及功能化石墨烯的潜在应用必然会被不断挖掘;即使是极少一部分性质被应用,也将导致其在环境中数量的急剧增长.本文介绍了石墨烯的化学性质、表征方法和应用前景;重点阐述了近几年关于石墨烯及其衍生物进入小鼠体内在各脏器中的分布和相应毒性效应的研究进展,阐明其进入环境后对环境生物可能引起的危害,为评价其生态和健康风险提供了基础信息.本文最后对石墨烯相关材料在医药应用研究需要关注的问题和未来研究方向进行了展望.     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法：旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

二维石墨烯制备方法研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体,是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元。石墨烯因具有独特的结构和优异的性能,吸引了不同领域科学家的关注,极具应用前景。对近几年石墨烯的主要制备方法进行了综述,对比了不同制备方法的优缺点,同时分析了石墨烯制备方法的发展趋势。     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。