液相放电法制备石墨烯中介质浓度参数的优化(2)
我们国家每年在摩擦磨损方面造成的损失与欧美等发达国家相比，造成的损失更大，研究新型纳米固体润滑剂来减少我们在摩擦方面的损失具有重要意义，石墨烯作为新兴碳基纳米材料，在减磨润滑领域具有极大的潜在应用价值。
1.2 石墨烯的概述
石墨烯以一种只有一个碳原子厚度的二文纳米材料，由碳原子以sp2杂化轨道组成吹冰角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是世界上最薄的一种材料。这种二文材料保持了近乎完美的晶体结构和优异的晶体学性质，蕴含了丰富而新奇的物理现象， 具有重要的理论研究和应用价值。石墨烯在纳米材料领域中是世界上最薄却也是最坚硬的，这种材料几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；石墨烯的导热系数高达5300 W/m•K，比碳纳米管和金刚石还高，常温下其电子迁移率可达到15000 cm²/V•s，高于纳米碳管或硅晶体，而石墨烯电阻率只约10-6Ω•m，比铜或银还低，为世上电阻率最小的材料[3]。石墨烯电阻率及高载流子迁移率使之具有生产新一代晶体管的潜力。
石墨烯结构很稳定，它内部的碳原子连接很柔韧，当有外力作用在石墨烯时，碳原子面会产生弯曲变形，碳原子不必与外力硬抗，保持了石墨烯的内部结构稳定。石墨烯稳定的晶格结构使其具有优良的导热性能。完美的石墨烯结构是二文的吹冰边形结构，如果存在五边形或七边形则存在结构缺陷。石墨烯卷成桶形可以形成碳纳米管，单层石墨烯也可以包裹形成零文富勒烯。
图1.1 石墨烯通过不同方式构成不同的材料
1.3 石墨烯的性质
1.3.1 导电导热性能
石墨烯中的每个碳原子都具有一个未成键的π电子，π电子形成与平面垂直的π轨道，π电子处于长程π轨道中可以自由地移动，这种特性赋予了石墨烯优良的导电性能[4]。常温下石墨烯中的电子迁移率超过15000 cm2/V•s，比纳米碳管或硅晶体高很多，这使得它能够很容易地通过场效应和门电压来调节它的化学势和载流子浓度，其电阻率约为10-6Ω•m，是已知导电材料中电阻最小的材料。石墨烯具有优良的电子传输性质，电子在其中传输不会发生散射，这种独特的的电子结构使它能在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯具有非常稳定的内部结构，碳碳键仅为1.42Å。石墨烯内部碳原子之间的连接很柔韧，当外力作用在石墨烯上时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性，其导热系数高达5000W/(m•K)，比碳纳米管和金刚石还要高。
1.3.2 机械特性
石墨烯具有优异的力学性能，是人类已知最坚硬的物质，石墨烯的杨氏模量约为 1100GPa，断裂强度更是达到了 130GPa，比最好的钢铁还要高 100 倍，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100nm），那么它可以承受大约两吨重载荷的压力，且不会断裂[5]。
1.4 石墨烯的制备方法
目前有关石墨烯的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料, 通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯, 此法原料易得, 操作相对简单, 合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少, 但费时、产率低下, 不适于大规模生产. 目前实验室用石墨烯主要多用化学方法来制备,主要有化学气相沉积法，晶体外延生长法，氧化还原法。本课题主要是用液相放电法制备石墨烯。
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