石墨烯聚合物复合材料的研究现状及前景.doc
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石墨烯/聚合物复合材料的研究现状及前景
摘要:石墨烯是2004年问世的一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶体结构的新型纳米材料,其特殊的结构赋予了它许多新奇的物理性质,如优异的力学性能,良好的导电和导热性能,和极佳的复合材料增强性能,石墨烯作为纳米增强组分, 少量添加可以使聚合物的热学、力学、电学等物理性能得到大幅地提高。因此其应用领域广泛,受到广大学者科学家的重视。本文主要介绍聚合物复合材料的界面结构,石墨烯结构和界面,石墨烯/聚合物复合材料的实现和应用以及对未来发展前景的展望。(9、12、13、17)
关键词:石墨烯、聚合物复合材料、界面相容性、材料改性、力学性能、电学性能、热学性能,应用。
Present situation and prospect in Graphene/polymer composites.
Zhang Shuai
Shi Han 、 Lu Ruirui、 Cai Hong 、Xie Pian Feng Fan
Abstract: Graphene discovered in 2004 is a atomic two-dimensional(2D) nanomaterials. Due to its unusual molecular structure ,graphene shows many novels ,unique physical and chemical properties ,such as excellent electric conductivity ,thermal conductivity ,thermal stability.Graphene as nano enhanced components, a small amount of added can make polymer thermal, mechanical, electrical and other physical properties are improved significantly.So its application field widely, have drawn the attention of the many scholars scientists.This paper mainly introduces the interface structure of polymer composite materials, graphene structure and interface, implementation and application of graphene/polymer composites as well as on the outlook for the future development prospect.
Key words: Graphene,Polymer composite materials Material modification、Mechanical properties、Electrical performance、Thermal properties、application.
一:石墨烯/聚合物的研究现状
自年石墨烯发现以来,石墨烯的研究成果层出不穷,其中包括,生活领域,医用领域,电化学领域等。但其中也只是仅仅在实验室研究萌芽之中,具体的应用以及工厂化生产等等还要等待有关理论的进一步发展。因此,对于石墨烯的性质的更深层次的了解是必不可少的。石墨烯是sp2杂化的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的炭材料,这是目前世界上最薄的即单原子厚度的材料,并且有着许多潜在的应用。{15}石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能:强度达130GPa,比钢高100倍,是 目 前 强 度 最 高 的 材 料;热 导 率 可 达5000W·m-1·K-1,是金刚石的3倍;石墨烯载流子迁移率高达15000cm2·V-1·S-1,是商用硅片的10倍 以 上。石 墨 烯 还 有 超 大 的 比 表 面 积(2630m2/g)室温量子霍尔效应和良好的铁磁性,是目前已知的在常温下导电性能最好的材料,电子在其中的运动速度远超过一般导体,达到了光速的1/300。由于石墨烯具有上述优异的性能,有望在微电子、能源、信息、材料和生物医药等领域具有重大的应用空间。
1.石墨烯的结构
石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维窝状晶格结构的碳质材料,它可看做是构建其他维数碳质材料(如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨)的基本单元二维层状(a)二维片状(b)(图1)。1940年就有理论指出石墨烯是石墨的组成单元,但自由态的二维晶体结构一直被认为其热力学性能是不稳定的,不能在普通环境中独立存在。直到200
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