石墨烯领域发展态势及对策建议

石墨烯是目前材料科学、物理、化学等领域最热门的研究主题之一。由于集优异的电学、力学、光学、化学等特性于一身,在半导体、动力电池、新一代显示器等领域具有巨大的应用潜力。借助文献和专利分析等手段,对国际石墨烯研发态势和进展进行了分析,提出了浙江省石墨烯领域发展的对策和建议。     

石墨烯专利技术国际研发态势分析

石墨烯是物理学、化学、材料科学等领域近年来的研究热点之一。因其集优异的电学、力学、光学、化学和热学等性能于一身,石墨烯已经成为一个备受关注、竞争非常激烈的新兴技术领域,近年来全球相关专利申请数量持续快速增长。该文基于DII数据库,利用TDA、Aureka等分析工具,对全球石墨烯相关专利进行了分析,揭示了全球石墨烯相关专利技术的研发和竞争态势。     

石墨烯性能及研究进展

阐述石墨烯在电学、力学、化学、光学和热学等方面的优异性能,介绍微机械剥离法、化学剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和电弧法等石墨烯制备方法,论述石墨烯在电学、光学、能源、生物医学、传感器等领域的应用.     

石墨烯的制备、功能化及应用

石墨烯自发现以来,以其独特的结构和优越的性能,吸引了物理、化学、材料学等各领域的关注,成为当前研究热点之一.介绍了石墨烯的制备方法,并比较各种方法的优劣性.探讨了石墨烯的共价和非共价功能化方法.评述了石墨烯在生物医学及其他领域中的应用.     

化学气相沉积法在金属衬底上制备石墨烯及其H2刻蚀的研究进展

自2004年首次亮相以来,石墨烯由于其优异的电学、光学、机械和化学性能引起了科学界极大的兴趣.目前,化学气相沉积(CVD)法是制备石墨烯的重要并且最有效的方法之一,利用CVD法制备的石墨烯在不同领域有着广泛的应用.本文分析了石墨烯在金属Ni和Cu衬底上的生长机理,介绍了在Cu衬底上利用CVD法制备石墨烯的研究进展,同时,阐述了石墨烯的H2刻蚀现象及相关应用.研究石墨烯的H2刻蚀,能够进一步理解石墨烯的生长机理,更好的促进石墨烯在微电子等领域的发展.     

科教融合的新型综合化学实验设计

石墨烯是近年来的研究热点,在化学、能源与材料科学领域备受关注.文章设计了一个化学综合创新实验——氧化石墨烯修饰电极的制备及在电化学传感中的应用.实验内容包括氧化石墨烯的表征、氧化石墨烯修饰电极的制备与性能研究及其在电分析检测盐酸去氧肾上腺素中的应用.利用透射电子显微镜和原子力显微镜表征氧化石墨烯的形貌;利用紫外-可见吸...     

石墨烯-新型纳米材料在生物医药领域的应用

石墨烯是一颗迅速崛起的恒星,由于其优异物理化学性能,例如优异的光学,电学,热学和机械特性,较大的比表面积等,使得石墨烯优于其他材料,同时石墨烯还具有良好的化学性能,所以石墨烯功能材料包括生物药学在内的很多领域得到了广泛应用。文章总结了将石墨烯应用于生物医学应用的最新进展,包括石墨烯作为细胞培养基和药物运输载体,并讨论这一新兴领域的机遇和挑战。     

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.     

石墨烯材料在热管理领域的应用进展

介绍了石墨烯作为高导热材料的研究现状和发展前景，总结了石墨烯材料的制备方法，包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法及氧化还原法等；探讨了不同类型石墨烯材料的导热机理，指出石墨烯材料通过声子和电子进行热传导，并以声子导热为主介绍了串联网络热阻模型和导热逾渗模型；归纳了单层或少层石墨烯、石墨烯膜、碳纳米管/石墨烯复合膜及相变高分子/石墨烯复合材料等类型的高导热石墨烯材料在热管理领域的研究和应用进展。     

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

石墨烯具有独特的结构、优异的性能,在诸多领域有广泛的应用.石墨烯层的原子均为表面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料.其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点.石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用.综述了石墨烯吸附材料的制备方法以及其在污水处理方面的应用.分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为,并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响,从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.     

石墨烯基墨水的制备及其在印刷电子中的应用

 石墨烯材料具有优异的导电性、柔性、化学稳定性等特征,在印刷电子领域中具有广阔的应用前景。概述了石墨烯材料的宏量制备方法,结合喷墨打印、丝网印刷和3D打印等方法介绍了石墨烯墨水制备的技术特点和要求,展示了石墨烯在印刷电子功能器件中的应用,主要类型包括透明导电薄膜、柔性电路、超级电容器和可穿戴传感器等。总结了该领域当前研究进展中存在的问题和挑战,从材料设计、加工制备和器件应用方面进行了展望。在未来发展中可通过丰富石墨烯打印线路的结构形式,并注重利用组装的策略增强结构有序性,实现多功能、高性能的器件制备和应用。     

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.     

石墨烯复合纳米材料在环境水体修复中的研究与应用

石墨烯作为sp2碳原子组成的一种新型二维纳米材料,具有独特的光学和电学性质,已经成为了材料学、分析化学、环境化学、能量储存等领域的研究热点,并且在环境污染物的分析检测及修复等方面具有很大的潜力,已经得到了许多振奋人心的研究成果。本文在阐述石墨烯结构、特性及其功能化的基础上,对石墨烯纳米材料在环境水体修复方面的研究进行了简要概述,同时展望了其在环境水体修复中的发展前景及方向。     

石墨烯纳米材料在样品前处理中的研究进展

石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后发现的又一种新型碳同素异形体,独特的二维结构,良好的化学稳定性,优良的导电、导热、光学及机械性能,使其迅速成为物理、化学、材料、传感和生物医药等领域的研究热点.由于超大的比表面积(理论上可达2 630m2/g,石墨和碳纳米管分别是10和1 315m2/g)、完美的杂化结构以及大的π-π共轭体系,石墨烯基纳米材料在样品前处理及样品预富集领域也备受关注.本文综述了近年来石墨烯作为固相萃取、固相微萃取、磁性纳米及二氧化钛复合材料在环境、生物、食品、药物等样品制备领域的研究现状,为更好开发石墨烯基纳米材料在复杂和痕量样品前处理中的应用提供参考.     

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。     

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.     

氨水改进化学剥离法制备石墨烯的研究

针对化学剥离法的中间产物—氧化石墨烯分离困难和纯化费时方面的不足,提出了氨水分步纯化杂质的分离方法.具体方法包括利用不同pH条件增大杂质与产物的溶解性能差异,从而高效纯化产物,去除不同杂质离子,最后再经过还原步骤,得到高质量的还原石墨烯产品.这一方法可望用于氧化石墨烯的快速纯化以及石墨烯的高效制备研究,极大地降低了石墨烯的生产周期和成本,为石墨烯在能源、材料、医学等领域的规模化应用创造了有利条件.     

石墨烯量子点的制备及其在食品安全领域的应用研究

石墨烯量子点(GQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,它不仅具备了石墨烯的优良特性,而且因量子点的量子限域效应和边界效应也具备了光致发光等石墨烯所不具备的性质,而且在细胞毒性、生物相容性等方面也有更好的表现.近年来,石墨烯量子点的应用领域已由材料学逐渐扩展到了医学、药学、生物学、环境学乃至食品安全领域.主要阐述了石墨烯量子点的制备方法以及在食品安全领域的应用前景.制备方法主要包括自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up),其中自上而下法(Top-down)主要包括化学剥离碳纤维法、水热法和电化学法等;自下而上法(Bottom-up)主要包括溶液化学法、超声波法和微波法等.随着GQDs在各领域应用的不断深化,对其形貌和尺寸控制也提出了更高的要求,对合成方法中能精确控制GQDs形貌和尺寸的方法进行了介绍,并对各种方法的优缺点进行了对比.石墨烯量子点作为一种良好的荧光探针,在食品安全检测、重金属离子检测、生物毒素检测、医学指标检测和药物检测等领域具有非常广阔的应用前景.     

氧化石墨烯自组装水凝胶

氧化石墨烯(GO)是化学氧化-还原法制备石墨烯的中间体,也是除石墨烯以外最为重要的二维纳米材料.由于GO纳米片表面富含各种含氧基团,因此其在水溶液中可以与多种物质发生超分子自组装,形成水凝胶.本文在分析GO化学结构的基础上,总结GO水凝胶的制备方法和形成机理,着重讨论GO的拓扑形状对水凝胶形成的影响,以及促进GO形成凝胶的超分子作用力,包括氢键、静电作用、配位作用、π-π作用等.最后,对GO自组装水凝胶的应用进行了评述,并展望了该领域今后的发展方向.     

纳米氧化石墨烯在肿瘤显像和治疗领域的研究进展

纳米氧化石墨烯,即石墨烯的氧化衍生物,作为一种新型二维的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优异的光热效果等性质,已成为纳米医学领域中备受关注的研究热点.它含有大量的活性化学基团,比如羧基、羰基、羟基和环氧基等,既容易对其进行生物化学功能化,又使其具有很好的生物相容性,因此在生物医学领域中表现出很强的应用潜能.首先简要概述了纳米氧化石墨烯的制备与功能化方法,然后重点介绍它在生物医学领域的应用研究,包括其体内外毒性测试和肿瘤显像与治疗方面的研究进展.