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石墨烯导电薄膜的可控制制备及导电性能研究
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官方公共微信中国学者研究最轻材料:可制民航降落伞轻如T恤|石墨烯气凝胶|降落伞|最轻材料_科学探索_新浪科技_新浪网
中国学者研究最轻材料:可制民航降落伞轻如T恤
　　世界上已知的最轻固体材料石墨烯气凝胶，由冻干碳和氧化石墨烯构成，可用于为民用航空的乘客制作降落伞。
　　如果易捷航空和瑞安航空公司――在重量方面非常保守，也因此著称航空界――为他们的300座椅波音777喷气式客机上的每一名乘客准备这种降落伞，重量只会增加60公斤。石墨烯气凝胶是一种形如海绵的材料，由冻干碳和氧化石墨烯构成，是世界上已知最轻的固体材料。
　　新浪科技讯 北京时间7日消息，据国外媒体报道，石墨烯气凝胶是一种神奇材料，重量极轻，可以放在一朵花上。它是世界上已知的最轻固体材料，由浙江大学高超教授率领的一支研究小组研制。高超教授表示使用石墨烯气凝胶制作的降落伞能够在将来的某一天成为民用飞机上的标准安全装置。
　　如果易捷航空和瑞安航空公司――在重量方面非常保守，也因此著称航空界――为他们的300座椅波音777喷气式客机上的每一名乘客准备这种降落伞，重量只会增加60公斤。石墨烯气凝胶是一种形如海绵的材料，由冻干碳和氧化石墨烯构成，是世界上已知最轻的固体材料。
　　根据高超教授的设想，采用石墨烯气凝胶制成的降落伞重量不及一件T恤。他说这种降落伞能够给乘客带来安全感。一旦发生事故，降落伞还能挽救他们的生命。他在接受《南华早报》采访时指出：“如果飞机在半空解体，例如被导弹击中，降落伞能够让一些乘客获得生存机会。如果在飞行过程中佩戴降落伞，对飞行充满恐惧的人也能因此得到心里安慰。”
　　高超教授表示石墨烯气凝胶在用于制作降落伞前还需提高强度和坚固度。他说：“我个人很乐观，相信能够克服这些技术方面的限制。”他甚至认为石墨烯气凝胶未来还可用于制作服装。他说：“一些厂商与我们接触，希望用这项技术研发新型布料。”(孝文)
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石墨烯提前点爆材料革命 概念股价值解析
　　石墨烯，这个以往更多出现在实验室的材料，一夜之间成为产业界“新宠”。从三星的移动手机、苹果的可穿戴设备，到特斯拉电动车的电池，都出现了石墨烯材料的身影。
　　有人说，谁掌握了石墨烯技术，谁就掌握了未来电子设备市场发展的关键。由于它可以让设备变得更薄更柔软，海外媒体认为石墨烯将成为苹果和三星的下一个战场。目前苹果、三星和谷歌已经在竞争收购，欲将这种材料用于移动和可穿戴设备中的相关知识产权都收入囊中。
　　电动车“教父”马斯克的野心是，不久以后实现单次充电续航里程达500英里的目标，因为石墨烯基阳极材料可将现有锂离子电池的能量密度和输出功率提高三倍。
　　马斯克的野心点燃了全球的暗战。日本火速研发出特制的石墨烯材料替代铂作为催化剂，可大幅降低电动车电池成本。Graphenano公司计划于2015年将石墨烯聚合材料电池投入生产，并与两家汽车巨头合作，本月投入试验。
　　在中国，石墨烯得到高层的特别关注。据新华社报道，国家主席习近平13日晚考察了江苏省产业技术研究院，了解石墨烯研发情况。有消息称，等计划将石墨烯写入“十三五”新材料规划。
　　提前点爆材料革命 无法摆脱的“特斯拉魔咒”
　　尽管一般人每天驾车出行的平均里程仅为100英里（约合161千米）左右，但特斯拉首席执行官马斯克仍对Model
S汽车目前所使用的85千瓦时电池组感到不满，他希望能将电池容量提高一倍。
　　“公司将有可能开发出一款500英里（约合805千米）续航里程的汽车。事实上，我们可能很快就能做到这一点。”马斯克的话让人对石墨烯浮想联翩。
　　科学界预测，一旦石墨烯基阳极材料技术成熟，特斯拉可在不久后实现单次充电续航里程达500英里的目标。根据技术参数，这种材料将可把锂离子电池的能量密度和输出功率提高三倍。
　　马斯克的一举一动都被视为电动车技术发展最新风向标，“特斯拉魔咒”至今难以破解。这种“跟风式”的研发正在日本、西班牙全面展开，有望引领下一次材料革命提前爆发。
　　日前，日本东北大学助教伊藤良一率领的研究小组尝试用石墨烯作为替代催化剂。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料，价格不高。研究人员先利用片状石墨烯制作出立体结构，然后用气相沉积法给立体结构镀上氮和硫。结果发现，镀上的氮和硫的量越多，就越能高效催化制造出更多的氢。研究人员称，如果在石墨烯催化剂中再加入镍，其制氢能力就可以超越铂催化剂，预计将此技术市场化后，可以使燃料电池成本大大下降。
　　一家在西班牙以工业规模生产石墨烯的公司Graphenano与该国科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，预计该电池2015年将此投入生产。本月，两家德国汽车巨头将对这款新型电动车进行试验。
　　技术分析人士称，这项新技术是将石墨烯做成聚合物，其优势在于它的能量密度、持续时间、充电速度、重量和价格。Graphenano的副总裁强调：“它对于航空业、汽车业、计算机产业和能源产业都意味着一个跨越性的发现，能大大增加产业效率，并且将之前的一些想象变成可能。”
　　技术参数表明，这种石墨烯聚合材料电池性能卓越，储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟；使用寿命是传统氢化电池的四倍，是锂电池的两倍；重量为传统电池的一半，这样可以提高装载该电池的机器的效率；成本将比锂电池低77%。
　　硬件比的是“柔术”
　　石墨烯的发明者之一、诺奖得主康斯坦丁?诺沃肖洛夫爵士去年收到一份来自中国的稀罕之物――全球首款石墨烯触屏手机。“这是真的吗？真是用石墨烯做的手机嘛？”收到礼物时，诺沃肖洛夫大为惊叹。诺沃肖洛夫和其导师因研究二维材料石墨烯开创性实验而获得2010年诺贝尔物理学奖。
　　目前，在剑桥大学研发团队的改善下，石墨烯屏幕的柔性更上一个台阶。
　　今年，剑桥大学石墨烯研究中心和英国公司Plastic
Logic共同生产了一款可以完全弯曲折叠的显示屏。它是一款有源矩阵电泳显示屏，这种技术通过使用电场重新排列溶液上的悬浮粒子，显示出图像。这种显示屏和如今的电子阅读器显示屏很相似，不过它没有采用玻璃材质，而是选用了软塑料，当然，这也是首次将石墨烯技术应用在基于晶体管的电子设备上面。
　　这项研究最近得到了英国技术战略委员会的支持，并作为旗下“石墨烯革命”项目的一部分。明年，这项技术有可能应用在基于OLED的全彩柔性石墨烯显示屏生产上。
　　辨认真假石墨烯
　　石墨烯有太多优越性，应用面很广，太阳能电池、传感器方面、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广泛的应用。
　　石墨烯产业在中国也受到高度重视。12月13日晚，国家主席习近平来到南京市考察江苏省产业技术研究院。在成果展示区，他拿起石墨烯气体阻隔膜，了解产品性能、市场应用、产业前景等。
　　习近平调研石墨烯的消息，在证券市场引发一股追捧热。一时间，跟石墨烯沾亲带故的集体受到资金的追逐，不管你是石墨矿还是石墨烯概念。
　　 类别：机构：研究员：范海波 范海波
　　[摘要]
　　事件：日(,)发布14年三，14年1-9月公司实现营业收入26.42亿元，同比减少0.22%；实现归属母公司股东净利润3.39亿元，同比增加32.46%。实现基本每股收益0.197元。
　　点评：报告期内公司财务费用、所得税大幅减少。公司报告期内财务费用4262万元，相比去年同期下降62%。该部分下降主要是由于公司银行利息收入增加冲抵财务开支所致。同时，所得税费用也相比去年同期减少了43.27个百分点。其原因是本报告期内的纳税调整冲减了企业所得税。
　　公司报告期内可支配现金相对充足。从公司现金流量表情况来看，公司1-9月份经营活动产生的现金流为负。同时，1-9月份公司筹资活动产生的现金流净额为负。主要原因是公司取得借款与偿还以往债务支付的现金基本持平。截至9月份公司账上现金及现金等价物尚有17.79亿，其主要原因是公司在2013年通过增发、借款、发债的方式共筹资49.23亿元。该部分资金将使公司在短期内现金充足，但未来存在偿还压力。
　　公司是碳纤维行业龙头。方大炭素于2013年9月作为70%股权唯一受让方收购中钢江城碳纤维公司后，已成为碳纤维行业的龙头，形成了规模优势，有利于在行业低迷时期进行产业整合和布局。
　　公司在高端石墨方面取得多项技术突破。公司发展战略为继续做优做强大规格、超高功率石墨电极和高炉炭块，以项目建设为载体，加快炭素新产品的开发，在核石墨、纳米炭材料、特种石墨、碳纤维、石墨导热片等领域取得突破。近年来公司取得的技术突破有：成功攻克了高温气冷炭堆内构件项目技术难题，取得了国家《民用核安全机械设备制造许可证》；低温辐射电热膜、锂电池负极材料等炭素新材料已陆续投放市场；在炭素制品领域获得多项专利。
　　及评：我们预计方大炭素14-16年摊薄EPS为0.21元、0.26元、0.34元。按收盘价9.53元计算，对应的14年PE为45倍。考虑到公司在石墨行业的龙头地位以及在高端石墨领域的发展前景，维持“增持”评级。
　　风险因素：钢铁行业持续低迷；铁矿石价格大幅下跌；高端石墨项目进展低于预期。
　　 类别：公司研究 机构：(,)研究员：涂力磊
　　[摘要]
　　事件：日，公司称，公司全资子公司宝安控股已持有贝特瑞57.78%的股份。公司拟通过向贝特瑞股东发行股份的方式合计购买贝特瑞32.15%的股份。交易完成后，公司将持有贝特瑞32.15%的股份，宝安控股原持有贝特瑞57.78%的股份，公司将直接和间接持有贝特瑞89.93%的股份；贝特瑞的外部财务投资者将不再持有贝特瑞的股份，贝特瑞的员工股东合计将持有贝特瑞10.07%的股份。贝特瑞100%股份的预估值约为22.52亿元，对应标的资产贝特瑞32.15%股份的预估值为7.24亿元。根据发行定价基准日前20个交易日股票交易均价10.02元/股，再考虑公司送股分红除权等因素，公司本次股票发行价格为8.33元/股。
　　投资建议：收购优质资产增强发展后劲，广泛涉及新能源新材料领域，首次给予公司“增持”评级。本次注入资产贝特瑞（注入后公司将控股贝特瑞89.93%）属于锂电池材料的国际主要供应商，且PE估值较低，这对提高上市公司业绩增速空间起到积极作用。拟注入资产合计预估值7.24亿元，对应PE估值为19.89倍。公司主营业务为高新技术产业、房地产业和生物医药业。
　　目前，公司拥有商品房项目权益建面372万平，可满足三年以上开发需要。近年来，贝特瑞产销两旺，市占率不断提高；高新技术领域的无人直升机、天然气发动机、贝氏体钢、汽车驱动系统、通讯设备研制等方面均有进展。公司控股的(,)发展良好。我们预计公司年EPS分别是0.26和0.32元，截至8月18日，公司收盘于10.26元，对应年PE分别为39.0倍和31.7倍。由于公司除锂电池材料外的资产RNAV是11.7元；而锂电池材料业务2014年EPS为0.068元/股，谨慎考虑给予25倍PE，则折合每股价值1.69元/股，由此我们以13.40元作为公司目标价，首次给予公司“增持”评级。
　　主要分析：1．公司定向增发注入贝特瑞32.15%股权。注入资产PE估值较便宜，属新能源锂电池，具有较大发展前景。日，公司公告称，公司全资子公司宝安控股已持有贝特瑞57.78%的股份。公司拟通过向贝特瑞股东发行股份的方式合计购买贝特瑞32.15%的股份。交易完成后，公司将持有贝特瑞32.15%的股份，宝安控股原持有贝特瑞57.78%的股份，公司将直接和间接持有贝特瑞89.93%的股份；贝特瑞的外部财务投资者将不再持有贝特瑞的股份，贝特瑞的员工股东合计将持有贝特瑞10.07%的股份。贝特瑞100%股份的预估值约为22.52亿元，对应标的资产贝特瑞32.15%股份的预估值为7.24亿元。根据发行定价基准日前20个交易日股票交易均价10.02元/股，再考虑公司送股分红除权等因素，公司本次股票发行价格为8.33元/股。
　　 类别：公司研究 机构：海通证券 研究员：施毅 钟奇 刘博
　　[摘要]
　　事件：烯碳新材公布定向增发预案（修订稿），不超过10名特定发行对象，认购本次发行的股份后，合计持有烯碳新材股份数不得超过本次发行后公司股份总数的7%。此次发行股票数量为不超过17475万股，募集资金不超过68852万元。
　　1.定增概况：大股东现有股权将进一步稀释。截至2014年6月底，银基集团持有烯碳新材1.58亿股，占总股本13.69%，为公司控股股东。若顺利发行，银基集团持股比例不低于11.89%，仍为控股股东，刘成文仍为公司实际控制人。
　　2.转型布局碳产业链。自2012年以来，烯碳新材通过投资和资产Z换的方式先后参股了丽港稀土、三岩矿业、奥宇集团和奥宇深加工，逐步完成了对碳产业链的战略布局，包括石墨碳、稀土活碳、耐火碳三大子行业。烯碳新材持股51%的奥宇集团及奥宇深加工属于石墨碳行业；持股40%的丽港稀土则属于稀土活碳行业；持股40%的三岩矿业属于耐火碳行业。
　　在相应的收购报告中，公司有大致规划相应收购资产的盈利能力，按照公告，2014-15年权益的利润大约为1和1.3亿元。
　　3.定增投资碳产业链。募投资金4.88亿元拟用于烯碳新材料产业园和研究院的建设。烯碳新材料产业园建设项目：拟建于(,)市新浦经济开发区纳米碳材科技产业园内，实施主体为全资子公司江苏银基烯碳科技有限公司，两个子项目：年产3000吨碳基催化载体材料建设项目、年产10000吨高纯超细活性碳材料建设项目，分别投资额为2万元。烯碳新材料研究院建设项目：拟建于江苏省连云港市新浦经济开发区。总投资估算为8410万元，实施主体为全资子公司江苏银基碳新材料研究院有限公司。
　　4.募投项目在节能减排及农业化肥领域。
　　4.13000吨/年碳基催化载体材料对应的市场是重油减排。重油是非常规石油的统称，又称燃料油，包括重质油、高黏油、油砂、天然沥青和油母页岩等。目前，重油在冶金、建材、电力和石油化工等众多行业的锅炉和窑炉中广泛燃烧使用，是全球基础能源资源的重要组成部分。但是，由于重油粘度大，汽化不完全，导致燃烧不完全，不仅造成燃料大量浪费，而且引起较为严重的大气环境污染。目前，世界各国都在研究新型重油助燃剂，以改善重油燃烧性能，并降低其环境污染。
　　公司新研发的新型重油助燃剂由催化剂和催化载体材料共同组成，其中催化载体材料对于催化剂的催化活性具有重要影响，也直接影响新型重油助燃剂的产品性能。碳微纳米材料作为一种新型的催化载体材料，具有高纯度、高机械强度、可调节的表面性质，同时类石墨结构表面使其具有优良的电子传递性能，能够显著增强负载催化剂的催化活性。
　　据石化联合会和北京石油交易所《2012年中国燃料油市场年度报告》预测，我国2013年重油消耗量将达到5000万吨。出于国家对节能环保的政策要求和企业的现实需要，预计我国80%的重油将使用重油助燃剂，即我国每年使用重油助燃剂的重油约4000万吨；以新型重油助燃剂添加比例0.3%测算，即年消耗量约12万吨；根据目前的技术工艺，每吨新型重油助燃剂需使用碳基催化载体材料0.3吨，即碳基催化载体材料年需求量约3.6万吨。
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POSS改性石墨烯的制备及表征摘要：石墨烯是一种新兴的无机二维片层碳纳米材料，自2004年横空出世后，就以其独特的结构、电学、热学、力学和光学性能等一系列综合性能吸引广大科研工作者的广泛关注，从而迅速成为物理化学和材料学等领域的研究热点。但是由于石墨烯的表面缺少一些可以与其他有机物质的反应的官能团，加之自身的物理性质，其在有机溶剂中分散很困难，从而限制了石墨烯在很多领域的应用。近些年来，有不少关于对石墨烯或者氧化石墨烯改性或者功能化的报道，得到了应用性很高的改性石墨烯材料。但是，石墨烯在有机聚合物中的分散性仍然需要做进一步的提高，如功能化分散性的提高等等。本文针对这一问题，通过对自制氧化石墨烯进行一系列的处理，在石墨烯上接上一种异辛基的POSS（笼型倍半硅氧烷），并通过红外（IR），X-射线衍射扫描(XRD)，高分辨电镜（HRTEM），原子力显微镜（AFM）对最后的产物进行表征。改性后的石墨烯由于接上了带有烷基链的POSS，提高了石墨烯在聚合物中的分散性，从而使石墨烯与聚合物形成的复合材料具有优异的性能关键词：石墨烯& 改性& 分散性& 功能化&&&第一章：绪论&1.1&&&& 前言当今世界科学技术日新月异，人们的生活丰富多彩，为了寻求更加舒适的生活方式，人们对材料到的要求也越来越高。传统意义上单一种类的材料已经很难满足人们的使用要求，多种材料之间通过一定的加工方式形成的复合材料，以其优异的物理化学性能成为各大研究领域的热点。近年来石墨烯作为一种新兴的材料，密度小、强度大、刚度好、高导电等特性成为广大科研工作者争相研究的对象。碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石， 也可以形成最软的石墨。 近20 年来， 碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，1985 年发现的富勒烯和1991 年发现的碳纳米管均引起了巨大的研究热潮。 2004年， 英国科学家发现了由碳原子以sp2 杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯(Graphene)， 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环(图1)， 是目前最理想的二维纳米材料。 石墨烯的发现， 充实了碳材料家族， 形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系， 为新材料和凝聚态物理等领域提供了新的增长点。&& 石墨层间化合物是近几年来新涌出的一种分子水平上的纳米复合材料，至今，利用石墨来制备石墨插层复合材料已有不少研究。但是由于石墨本身不亲水不亲油以及无电荷的性质使其不能像层状的蒙脱土一样能通过层间的离子交换反应来实现单体的插层，因此通常对石墨进行一系列的处理，使其层间距增大。常用的方法是将石墨进行氧化得到氧化石墨后再超声处理得到氧化石墨烯，然后再对氧化石墨烯进行官能化处理，提高氧化石墨烯的使用性能。& 近些年来，关于对氧化石墨烯的官能化研究已有相当多的报道。由于制备氧化石墨过程中的在石墨边缘和片层中间产生的缺陷（氧化时石墨六元环结构遭到一定程度的破坏产生了一定数量的-COOH、-OH和环氧基团），利用这些缺陷对氧化石墨进行改性，将氧化石墨接上不同的有机物质，提高氧化石墨的使用性，提升氧化石墨烯在与其他聚合物符合形成复合材料时的一些性能。通过对氧化石墨烯进行处理使其与单氨基的笼型倍半硅氧烷（poss,其他的R基团为异辛基）反应，这样反应后得到改性石墨烯在有机物质中有很好的分散性，在于聚合物形成复合材料时也有很好的相容性。1.2&&&& 石墨烯简介1.2.1& 发现斯哥尔摩日电 瑞典皇家科学院5日宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈&K&海姆和康斯坦丁&沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈&K&海姆(Andre K. Geim)等利用胶带法制备出了石墨烯。一问世，就受到广泛关注，对石墨烯的研究也越来越深入，石墨烯独特的碳二维结构，优越的性能，广泛的应用前景更是吸引了全世界科学家的目光。1.2.2& 石墨烯的结构石墨是三维（或立体）的层状结构，石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定，其中一层就是石墨烯。石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，即石墨烯是一种从材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。&& 理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。不仅如此，石墨烯还可以看作是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。如图：&& 图（1）石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成，碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。&&&&&1.2.3& 石墨烯的特性&1，电学特性石墨烯具有无与伦比的高电子迁移率。最先分离出石墨烯，来自曼彻斯特的小组测量了他们分离出的单层石墨烯分子的电子迁移率，发现电荷在石墨烯中的迁移速率达到10000cm2/vs，这个测量结果还是在未除去杂质与衬底，保持室温的条件下进行。相比之下，现代晶体管的主要材料硅的电子迁移率不过1400 cm2/vs。当然，这个数据记录并没有保持多久，在2008年，由Geim和他同事领导的小组声称电子在石墨烯中迁移速率可以到达前所未有的200000 cm2/vs。而不久之后，来自哥伦比亚大学的Kirill Bolotin将这个数值提高到250000 cm2/vs，超过硅100倍以上。石墨烯在电子迁移率上另一个优异性质是它的迁移率大小几乎不随温度变化而变化。电子迁移率之所以受温度影响，是因为电子在传递过程中受晶体晶格震动的散射作用，导致电子迁移率降低，而晶格震动的强度与温度成正比。即温度越高，电子迁移率越低。然而石墨烯的晶格震动对电子散射很少，几乎不受温度变化影响，马里兰大学的研究人员在50K和500K之间测量了单层石墨烯的电子迁移率，发现无论温度如何变化，电子迁移率大约都是15000 cm2/vs。石墨烯的超强导电性与它特殊的量子隧道效应有关。量子隧道效应允许相对论的粒子有一定概率穿越比自身能量高的势垒。而在石墨烯中，量子隧道效应被发挥到极致，科学家们在石墨烯晶体上施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。一般认为，增加了额外的势垒，部分电子不能越过势垒，使得电导率下降。但事实并非如此，所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。这是石墨烯极高载流速率的来源。2，力学性质石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。美国哥伦比亚大学的一支物理学研究小组经过大量的试验，发现石墨烯是现在世界上已知的最为牢固的材料，并对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。他们选取10 ~ 20 微米的石墨烯微粒作为研究对象。试验发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100 纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9 微牛。如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。同时，石墨烯是人类已知强度最高的物质，比还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。石墨烯还同时展现出高柔韧性与脆性这两个相互矛盾的性质，这一点史无前例，同样前无古人的发现是石墨烯不容许任何气体通过，可以说是隔绝气体的优良材料。不过关于非电子效应，我们甚至不知道石墨烯的熔点，也不知道它如何熔化的，这源于石墨烯极小的尺寸。3，热学特性石墨烯的导热性超过现有一切已知物质。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态物理界。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，这归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，即六边形晶格中的碳原子全都没有丢失或发生移位。各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。因此，碳原子就不需要重新排列来适应外力，也就保持了结构的稳定。4，化学特性石墨烯的电子性质受到了广泛关注，然而石墨烯的化学性质却一直无人问津，我们至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子（例如：二氧化氮，氨，钾）。这些吸附物往往作为给体或受体并导致载流子浓度的变化，石墨烯本身仍然是高导电。其他的吸附物，如H+和OH&则会产生导电性很差的衍生物，但这些都不是新的化合物，只是石墨烯装饰不同吸附物而已。从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。第一个功能化石墨烯的例子是graphane：它由二维的碳氢化合物的一个氢原子连接到石墨烯的每个六边形格而成。除了氢原子，许多其他功能化机团也不失为寻找新型石墨烯复合材料的选择。&石墨纸&是一个受人瞩目的例子：由未功能化的石墨烯薄片产生的石墨纸多孔、非常脆弱；然而，由致密氧化的石墨烯产生的石墨纸则坚硬强韧。除功能化外，石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。&1.2.4& 石墨烯的表征方法
&石墨烯的表征方法主要有：原子力显微镜、光学显微镜、Raman光谱、XRD原子力显微镜（AFM）由于单层石墨烯厚度只有0.335nm，在扫描电镜（SEM）中很难观察到，原子力显微镜是确定石墨烯结构最直接的办法。光学显微镜&& 单层石墨烯附着在表面覆盖着一定厚度（300nm）的SiO2层Si晶片上，可以在光学显微镜下观测到,这是因为单层石墨层和衬底对光线产生的干涉有一定得对比度,受空气-石墨层-SiO2层间的界面影响。Raman光谱&& Roman光谱的形状、宽度和位置与其测试的物体层数有关，为测量石墨烯层数提供了一个高效率、无破坏的表征手段。XRD& 通过X射线衍射由布拉格公式可以很明显的得到石墨的层间间距发生的变化，同时有衍射峰的变化可以确定石墨烯与石墨之间的区别。&1.2.5& 石墨烯的应用&石墨烯的应用范围很广，从电子产品到防弹衣和造纸，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。在纳米电子器件方面，石墨烯的应用包括：电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管；进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性；探索单电子器件；在同一片石墨烯上集成整个电路。其他潜在应用包括：复合材料；作为电池电极材料以提高电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机以及超灵敏传感器等领域。石墨烯是世界强度最高的物质。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3 万英里长太空电梯成为现实。此外石墨烯的聚合物功能化也是共价功能化其中一种重要的形式。采用不同的有机小分子对石墨烯进行功能化,可以获得具有水溶性或有机可溶的石墨烯。 在此基础上, Ye 等采用共聚的方法制备了两亲性聚合物功能化的石墨烯，如图2 所示（聚苯乙烯-聚丙烯酰胺(PS-PAM)嵌段共聚物改性的石墨烯）。 由于聚苯乙烯和聚丙烯酰胺分别在非极性溶剂和极性溶剂中具有较好的溶解性, 使得该石墨烯既能溶解于水, 也能溶解于二甲苯。 该方法进一步改善了石墨烯的溶解性, 并且, PS-PAM 功能化的石墨烯作为添加物, 可以在多种聚合物中均匀分散, 使其在聚合物复合材料等领域有很好的应用前景。&图（3）聚苯乙烯-聚丙烯酰胺(PS-PAM)嵌段共聚物改性的石墨烯的制备1.3&&&& 笼型低聚倍半硅氧烷（POSS）1.3.1 &POSS的简介&倍半硅氧烷(POSS)作为一种有机无机纳米结构材料，倍半硅氧烷(POSS)是一类分子式表示为(RSiO1.5)n，(分子中O:Si=1.5:1)结构的物质，R取代基为氢、烷基、烯基、芳基、亚芳基以及它们的衍生物基团。当n=8时，笼形倍半硅氧烷的结构为一正立方体，Si原子位于立方体8个顶角，每两个相邻的Si原子由一个O原子连接(简称T8)。POSS(T8)由Si8O12核和与核相连的七个有碳氢链和一个官能团或者更多的官能团组成，这些官能团可以通过分子设计进行聚合、接枝、交联。POSS的这些特征为制备分子级分散的纳米有机无机杂化材料提供了契机。相比于粘土和普通的无机填料，POSS具有如下优点：对称结构的单分散性分子，低密度、高温热稳定性、不含金属元素、粒子与聚合物间的相匹配的界面相互作用。而且，当与聚合物复合时，工艺操作简单，所制得的有机无机杂化材料具有优异的综合性能，如高的机械性能、热稳定性、耐阻燃性等优异性能从而满足各种高性能工程应用。根据结构不同，倍半硅氧烷可分为无规结构、梯形结构、笼形结构、半笼形结构(见图3)和桥型结构。其中的笼形结构和半笼形结构的倍半硅氧烷化合物称为POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，多面体低聚倍半硅氧烷)。&
a.无规形倍半硅氧烷&&&&&&&&&&& &b.梯形倍半硅氧烷&
c.笼型倍半硅氧烷& &&&&&&&&&&d.半笼型倍半硅氧烷
图3 倍半硅氧烷的结构分类图其中研究最多的是笼状结构的POSS分子，每个笼子的定点硅原子，每个硅原子上有一个取代基，笼中Si原子间通过氧连接，根据Si原子上取代基的不同，分子的大小在1-3nm。1.4&&&& POSS/聚合物纳米复合材料&近年来，随着高分子科学、纳米技术的飞速发展，使得在分子水平自组装、分子结构与性能控制方面合成聚合物纳米复合材料成为可能。无机-有机纳米复合材料通常兼具无机纳米粒子以及有机聚合物的优点，因而成为现今材料科学中极具发展前景的一种新型材料。多面体低聚倍半硅氧烷( POSS)不同于SiO2、有机硅和其他填料，它是一种具有纳米尺寸及笼状结构的无机-有机掺杂复合物。由于POSS是具有上述特殊微观结构的杂化体系，使得它在改性聚合物方面具有无可比拟的优势：可以将POSS改变成含不同官能团的单体，其活性反应基团可以与多种聚合物反应；将POSS作为封端基或交联固化中心，形成有机－无机杂化聚合物，以满足改性各种不同聚合物的需要。在加入聚合物体系制备POSS/聚合物复合材料过程中，不仅能提高材料的热稳定性，而且还能提高材料的机械强度、表面硬度，增强聚合物的阻燃性等。因此，有关POSS/聚合物体系结构与性能的研究已成为众多科学家关注的焦点。在过去的几年中，已经成功将离散的Si-O骨架接枝到传统的有机聚合物体系中。&1.5&&&& 结论随着科技的不断发展，结合最近的科研成果，通过不同的改性剂和改性方法，可以得到各种不同性能的尼龙-6改性材料，以满足工程上不同应用，可以大大拓宽尼龙-6作为工程塑料的应用领域。POSS改性的聚合物复合材料具有良好的性质和广泛的应用前景。目前许多研究者都在积极开发研究制备这种复合材料，但仍存在一些问题需要解决，主要表现在POSS单体的制备过程中与副产物分离还比较困难，生产POSS单体及其聚合物材料还未完全实现工业化，其工业应用范围还有待进一步扩大。但是，随着技术的发展和研究者的努力，这些问题都会得到解决，并能够开发出性能更好的POSS/聚合物纳米复合材料。&1.6&&&& 课题研究目的及意义&&& 实验室采用的hummer法制备氧化石墨的过程中对石墨的片层六元环结构造成了一定的破坏，在氧化石墨烯的边缘和表面上形成一些可以进一步反应的官能团，如羰基、羟基和环氧基等。利用这些官能团对氧化石墨烯做一些功能化处理，使石墨烯具有一些新的物理化学性质。本实验的思路就是通过对氧化石墨上羰基的功能化处理，先用氯化亚砜将其酰氯化，然后再一定的溶剂中经超声剥离和分散，并在一定的温度下回流反应，接枝上poss，获得目标产物。由于poss剩余顶点上接的是异辛基的烷基链，利用poss与聚合物之间较好的相容性，加之石墨烯优异的力学性能、耐热性能和气体阻隔性能等，可以提高石墨烯在制备杂化材料方面的应用范围和应用的前景。&&&&2&&&&&& 实验部分2.1&&&& 原料&
北京化工产
北京化工厂
北京化工厂
北京化工厂
北京化工厂
北京化工厂
北京化工厂
西陇化工股份有限公司
单氨基poss
&2.2&&&& 实验仪器及测试方法1 &超声仪器SB25-12DT型超声波清洗机，时间0-99min，温度室温-60摄氏度，功率600w2 &离心仪器湘仪TG16-WS型台式高速离心机，离心管25ml，转速范围0-11000r/min，时间0-99min&& 本试验转速为10000r/min3 &旋涂仪器KW-4A型台式匀胶机（鑫有研电子科技有限公司生产），转速（0-9000r/min）和时间（0-60s）可调，将少量的石墨烯溶液滴在改性后的硅晶片上，转速1200r/min 时间30s 重复2-3次 旋涂制样4 &AFM美国DI公司Muitimode IIIa型扫描探针显微镜, 样品制备前，硅晶片的清洗很重要，把硅晶片放入用乙醇和丙酮的混合液，煮15-30min，超声15min取...
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