三维石墨烯-聚苯胺纳米复合材料及其电性能研究(3)

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本文就是围绕着石墨烯基电极材料。

1.2 石墨烯的制备

1.2.1 石墨烯的化学性质

石墨烯中的碳-碳双键是一个最基本的化学键，它具有很高的结构稳定性和化学稳定性，是其有碳碳双键和苯环的结构单元的原因。石墨烯具有双表面的这种特性所以可以在它的表面进行各种的有机化学反应，石墨烯具有很强的稳定性，一般难以参加反应，当化学反应条件剧烈时才会参加反应。对于现在的研究学者，石墨烯就好像是一个芳香性多分子，它拥有着高导电率，机械强度等优点。在一定条件下，它可以和聚合物等复合来优化甚至是加强其性能。

1.2.2 石墨烯的电学性能

独特的载电流特性是石墨烯最重要的性质，石墨烯是能隙为零的二维半导体菜了，是目前发现的电阻率最小的材料。与其他类型的导电填料相比，独特的二维片层结构使石墨烯具有更大的接触面积。[2]石墨烯拥有着很强大的电子运输抗干扰力，它的电子迁移率在室温的状态下可达到甚至15000cm2 /(V.s),另外，化学反应和温度等条件一般无法影响它的电子迁移率，它是几乎不变。Burghard[3]等发现化学还原的多层氧化石墨烯薄片的电导率在0,05～2S/cm之间，其室温下的场效应迁移率为2～200 cm3/(V.s)。[4]

石墨烯独特的电学性能是和它的电子能带结构紧密这一特点所相关的。以一个独立的碳原子为基础，将其周围的碳原子所产生的势能作干扰，通过能量与波矢的线性关系，得出石墨烯中电子的有效质量为零。

除了上述所述石墨烯的优点以外，石墨烯本身的生物相容性也是一个很大的优势。在石墨烯的表面，生物分子和金属蛋白都能保存好原有的完整结构和生物活性。由于这种特殊的性能，石墨烯在生物领域方面也得到了很大的关注和研究。

1.2.3 石墨烯的力学性能

石墨烯的强度是人们目前所发现物质之中最高的，它的硬度比钻石强，它的强度远超过于最优秀的钢铁。但是，石墨烯的每个碳原子和碳原子之间的连接非常的坚韧，当石墨烯被施加以外力的时候，石墨烯的表面就会变得弯曲变形了。

Lee[5]等运用原子力显微镜纳米压痕技术，研究者们通多这个方法来研究多层石墨烯的力学性能，他们发现石墨烯的断裂强度为42N/m,是人们目前已知物质材料之中的最为牢固的材料。没有缺陷的石墨稀拥有着1.0 TPa的杨氏模量和130 GPa的断裂强度。通过使用悬臂梁实验的方法，研究者发现了单层的石墨烯能够承受分别来自于不同方向甚至是不同角度的轴向上的压力。此外,Schniepp[6]通过使用原子力显微镜观察，研究了石墨烯薄片的变形，通过施加外力的条件下，对石墨烯薄片进行重复不断的折叠后，发现了它的曲折线都重叠于薄片上同一处，这种现象是由于玻片上已存在的扭结和本身的缺陷所导致的。

1.2.5 石墨烯的三维结构

三维石墨烯材料实在石墨烯的片层中通过物理或者化学的方法来制造一些具有纳米尺寸的孔洞，这些方法包括：化学气相沉积法，溶液法，水热法等等。

三维石墨烯的制备方法有很多，有一些具体的系能呢并没有统一的数据，但是它有着孔结构好，表面活性较高，导电性及负载量较好和传质速率较高（可以用作传感器），这些优点都是二维石墨烯所不具备的。源[自-751^`论/文'网·www.751com.cn

1.2.5炭的同素异形体；A：2维石墨烯；B：3D石墨

石墨烯层与石墨烯层之间存在很强的π-π相互作用和范德瓦尔斯力,因此，石墨烯片层之间很容易发生堆叠等破坏性能的现象。因为这种不良的原因，研究者致力于研究三维结构的石墨烯,发现三维石墨烯有着相同与二维石墨烯的性质，而且在各种应用方面的性能都得到了提高。由于其独特的多孔结构与石墨稀固有的性质相结合,3D石墨烯具有更大的比表面积，能够提供更大的存储空间。[7]