纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展

可穿戴设备的兴起使得对柔性器件的需求日益提高,柔性导电材料作为可穿戴器件的重要组成部分而成为研究的热点。传统的电极材料主要是金属,因金属材料本身不具有柔性,一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用,其加工程序复杂,成本较高。以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来纳米碳材料在柔性导电材料领域的研究进展,首先介绍了碳纳米管基柔性导电材料,分别包括基于碳纳米管水平阵列、碳纳米管垂直阵列、碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维的柔性导电材料;继而介绍了石墨烯基柔性导电材料,包括基于剥离法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的石墨烯以及石墨烯纤维基柔性导电材料;并简述了碳纳米管/石墨烯复合柔性导电材料;最后论述了纳米碳材料基柔性导电材料所面临的挑战并展望了其未来发展方向。     

氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备及其SERS效应研究

近年来,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料由于其优异的表面增强拉曼散射（SERS）性能引起了人们极大的关注,在污染物检测、化学传感和癌症诊断等领域具有重要的应用价值。本文综述了氧化石墨烯片层上修饰金银纳米粒子、氧化石墨烯包覆金银纳米粒子、氧化石墨烯附着在金银纳米粒子层三种氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备方法,对其SERS效应进行了详细介绍。SERS研究表明,结合了金银纳米粒子与氧化石墨烯两种材料各自在SERS研究与应用中的优势,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的SERS性能比单纯金银纳米粒子更加优异。氧化石墨烯在其中起到了化学增强、分子富集、钝化保护、荧光猝灭的重要作用。氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料在表面增强拉曼光谱中具有广阔的应用前景。     

石墨烯/聚合物纳米复合电流变材料

电流变智能流体在外电场刺激下能快速可逆地改变自身流变性能,具有重要技术应用价值.传统的基于微米颗粒的电流变流体易于沉降并且电致屈服强度不高限制了技术应用,最近基于纳米颗粒的非传统电流变材料研究受到重视,特别是具有各向异性形貌的纳米颗粒悬浮液被发现具有明显增强的电/磁流变效应.本文介绍了最近基于石墨烯的二维纳米复合电流变材料的研究进展,主要包括石墨烯/半导聚合物、石墨烯/极性聚合物、石墨烯/碳等几种典型的电流变材料的制备、结构和电流变行为.研究表明利用石墨烯独特的二维纳米结构、优异的电学和热学性质可能为制备新颖的高性能纳米电流变材料提供途径。     

三维石墨烯材料制备方法的研究进展

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因其众多独特而优异的理化特性,已成为近年来材料科学领域中最耀眼的明星材料。整合二维(2D)石墨烯形成具有微纳米结构的三维(3D)石墨烯材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性。近期研究发现,基于3D石墨烯构建的功能器件在储能、环境、传感及生物分析领域表现出更为突出的性能。因而,制备新型3D石墨烯材料已成为当前石墨烯化学的研究热点。目前3D石墨烯材料的制备方法主要包括溶液自组装、界面自组装、模板介导合成法等。通过改变原材料或制备方法,可以有效调控3D石墨烯柔韧性、多孔性、活性面积、电子传递速度及传质等性能。本文介绍了当前3D石墨烯材料制备方法的研究进展,并简要评述3D石墨烯材料制备研究中所面临的挑战及应用前景。     

三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用

三维（3D）石墨烯通常是指具有3D结构的二维（2D）石墨烯组装体,是近年来石墨烯化学领域的新型功能性材料。将2D石墨烯片整合成具有3D结构的组装体可以有效调控石墨烯的电学、光学、机械、化学和催化特性,因此3D石墨烯材料不仅具有石墨烯固有的理化性质,其三维多孔的微/纳米结构还使其兼具比表面积大、机械强度高、电子传导能力优越及传质快速等优良特性。这些独特的性质使3D石墨烯及其复合材料在材料科学领域备受关注。研究发现,3D石墨烯及其复合材料应用于纳米电子学、能量储存和转换、化学和生物传感等研究领域均表现出优越的性能。本文结合当前研究热点,综述了3D石墨烯及其复合材料在催化、储氢/气体吸附、传感器、环境修复、超级电容器等领域中的应用进展,并简要评述目前3D石墨烯材料应用中所面临的挑战及发展前景。     

石墨烯纳米带的可控制备研究进展

石墨烯纳米带是宽度为纳米尺度的石墨烯条带,根据其边缘构型的不同可以分为锯齿型石墨烯纳米带和扶手型石墨烯纳米带.纳米尺度导致的量子限域效应和边缘构型引起的边缘效应能够调节石墨烯纳米带的电子结构,打开石墨烯的带隙.而且,石墨烯纳米带具有极大的长宽比和极高比例的边缘原子,为通过结构裁剪实现功能定制提供了无限可能.这些几何和电子结构特性使得石墨烯纳米带在电子器件等诸多领域比石墨烯具有更大的应用潜力,因此,石墨烯纳米带的相关研究一直是纳米材料领域的热点.基于此,本综述首先介绍了石墨烯纳米带的结构和性质,全面介绍了石墨烯纳米带的制备方法,相应的制备方法可以分为两部分:(1)自上而下法:通过等离子体、离子束、扫描隧道显微镜和金属纳米颗粒对石墨烯和碳纳米管进行刻蚀和切割,制备石墨烯纳米带.该方法面临最大挑战在于如何提高刻蚀和切割精度.(2)自下而上法:利用含碳前驱体,如有机化合物、碳氢化合物气体以及碳化硅等,制备石墨烯纳米带.该方法利于实现原子精度的结构控制,尤其是化学气相沉积法有望实现低成本、规模化制备.最后展望石墨烯纳米带研究的挑战和前景.我们相信,随着材料和技术的创新发展,石墨烯纳米带必将成为一...     

石墨烯气凝胶的可控组装

石墨烯气凝胶一般是由石墨烯片层经过湿法化学组装或气相化学生长获得的一种具有连通多孔网络结构的石墨烯三维宏观体材料,表现出极高的比表面积、良好的导电性以及优异的机械性能等,在电化学储能、吸附、催化以及传感等领域有着极为重要的应用。本文从石墨烯气凝胶的结构设计与组装策略出发,综述了近年来石墨烯纳米结构单元在石墨烯气凝胶材料（氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、化学气相沉积（CVD）石墨烯、以及复合气凝胶等）中的组装行为,并对石墨烯气凝胶目前的现状及今后发展方向做了简要评述。     

石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用

将石墨烯与其他纳米材料复合,是一种拓展或增强其应用的有效方法。借助不同组分间的协同作用,可以改善石墨烯的电学、化学和电化学性质,拓展和增强石墨烯的电化学效应,为固定氧化还原酶,实现直接电化学提供新型、高效的平台,应用于第三代电化学生物传感器的设计和制备,对葡萄糖、胆固醇、血红蛋白、DNA、H₂O₂、O₂、小生物分子等的检测显示出了优异的灵敏度和选择性。本文综述了基于石墨烯构筑的纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用研究,包括石墨烯与贵金属、金属氧化物/半导体纳米粒子、高分子、染料分子、离子液体、生物分子等的纳米复合材料,并对石墨烯材料在电化学领域的发展方向和应用前景进行了展望。     

石墨烯基无机纳米复合材料*

石墨烯(graphene)是近年被发现和合成的一种新型二维平面纳米碳质材料。由于其新奇的物理和化学性质,石墨烯已经成为了备受瞩目的科学新星,是纳米材料领域的一大研究热点。在石墨烯的研究中,基于石墨烯的无机纳米复合材料是石墨烯迈向实际应用的一个重要方向。本文在简要介绍石墨烯的结构、性质和制备方法的基础上,重点就近年来以石墨烯为基体的无机物（主要包括金属和半导体）纳米复合材料的合成和应用作一述评,并对石墨烯基无机纳米复合材料的研究和发展方向作了展望。     

基于石墨烯纳米材料的DNA测序研究进展

设计和研发快速、准确、价廉、高通量的DNA测序方法,对于预防早期疾病和了解相关疾病机理具有非常重要的意义。新型纳米材料石墨烯由于具有独特的结构和性质,在化学和生物科学等领域发挥着重要的作用。该文介绍了DNA测序的研究现状以及应用石墨烯纳米材料的优势,重点阐述了DNA链通过石墨烯纳米孔、石墨烯纳米间隙、石墨烯纳米带时产生不同的电流信号识别碱基序列的原理,同时介绍了DNA链与石墨烯的相互作用对DNA测序的影响,并对DNA测序的研究方向进行了展望。该文为基于石墨烯纳米材料的DNA测序提供了作用原理、理论研究以及检测方法等参考。     

锂硫电池用石墨烯基材料的研究进展

锂硫电池因其理论能量密度高、资源丰富和环境友好等优势,被认为是最有发展前景的下一代电化学储能系统之一。然而,硫的绝缘性、充放电中间产物多硫化物的溶解和扩散、硫的体积膨胀以及锂负极安全性等问题,严重制约着锂硫电池的商业应用。石墨烯因其具有高导电、高柔性等诸多优异特性而被广泛研究,将其用于锂硫电池的正极载体、隔膜涂层和集流体中,以期实现高比能、高稳定性的锂硫电池。本文综述了石墨烯基材料,包括石墨烯、功能化石墨烯、掺杂石墨烯和石墨烯复合物,在锂硫电池中应用的研究进展,并展望了锂硫电池用石墨烯基材料的未来发展方向。     

石墨烯在聚合物阻燃材料中的应用及作用机理

本文从聚合物基底的阻燃复合材料类别角度出发,详细介绍了石墨烯在不同种类聚合物阻燃材料中的应用现状与作用机理。 包括有:石墨烯/聚乙烯、石墨烯/聚丙烯、石墨烯/聚苯乙烯、石墨烯/环氧树脂、石墨烯/聚氨酯、石墨烯/聚乙烯醇等多种石墨烯/聚合物复合阻燃材料。 同时还介绍了石墨烯基材料在其中所发挥的作用,该综述为发展出新型的石墨烯基/聚合物复合阻燃材料提供了很好的理论支持。     

石墨烯作为硫载体在锂硫电池中的研究进展

锂硫电池因其超高的理论能量密度以及硫资源丰富、成本低廉、无毒的优点,被认为是极具发展潜力与应用前景的新一代储能设备。然而,硫正极导电性差、体积膨胀以及穿梭效应严重等问题严重制约了其商业化应用。石墨烯具有高比表面积、高导电性和高柔韧性,并且易于进行表面化学修饰及组装,是一种理想的硫载体材料。本文主要综述了近年来三维石墨烯、表面化学修饰的石墨烯、石墨烯基复合材料以及石墨烯基柔性材料在锂硫电池正极中的研究现状,并展望了石墨烯作为硫载体在锂硫电池正极中的发展趋势。     

石墨烯基吸附剂的设计及其对水中抗生素的去除

抗生素的大量使用,所带来的环境污染问题受到广泛关注。吸附法因去除效率高、普遍适用性强,呈现出广阔的应用前景,开发新型吸附剂是高效能吸附处理的关键。近年来石墨烯优良的物理和化学性质以及吸附性能,使其成为重要的抗生素吸附剂。由于石墨烯自身的局限性以及对石墨烯吸附剂处理效能和稳定性的要求,基于石墨烯设计开发了多种石墨烯基吸附材料。而目前基于水体中抗生素的石墨烯基复合材料的设计、合成及其吸附作用机制缺乏相关的系统性综述。本文综述了目前水体中抗生素的危害,针对石墨烯基复合吸附材料中,广泛关注的磁性石墨烯吸附剂、聚合物/石墨烯吸附剂、三维石墨烯凝胶和石墨烯/生物炭吸附剂的设计和制备方法进行了总结和概述,并阐述了石墨烯基吸附材料对水体中抗生素的主要吸附作用机制。最后,本文对石墨烯基吸附材料去除水体中抗生素未来的发展方向进行了展望。     

石墨烯的功能化及其在储能材料领域中的应用

石墨烯是由sp~2杂化的碳原子紧密堆积成的单原子层二维碳材料,由于其优异的物理和化学性质被视为最有前景的新型材料之一。但由于石墨烯片层之间在范德华力的作用下易发生不可逆团聚,丧失其单层二维纳米片的结构特性,以及石墨烯表面呈现惰性状态,致使其与其他介质的相互作用较弱,难以均匀分散在极性或非极性的溶剂中,因而石墨烯的应用受到限制。对石墨烯进行功能化可以调控其分子结构、电子能级和化学性质,不仅可以有效抑制石墨烯的团聚而且能够改善其在溶剂中的分散性和稳定性,从而实现石墨烯基材料的多元化应用。本文综述了近年来共价键和非共价键功能化石墨烯以及其复合材料在储能领域的研究进展,并对功能化石墨烯的发展前景进行了展望。     

Enhancing electrochemical performance of LiFePO4 by in situ reducing flexible graphene

Well-dispersed graphene materials reduced by Ac under hydrothermal condition were used as conductive additives to improve intrisic disadvantage of promising LiFePO₄ battery materials, which was synthesized at surface of graphene sheets. The as-prepared LiFePO₄/graphene composites were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scan electron microscopy (SEM), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic charge-discharge tests. The results show that, compared with conventional LiFePO₄ platelets, the composite deliver excellent electrochemical performances, due to flexible graphene-based porous conducting network. We believe that such a facile process will provide a new pathway for further enhancing its energy storage efficiency.     

功能化石墨烯材料：定义、分类及制备策略

自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为“功能化石墨烯材料”,分为两类：“功能化石墨烯”和“功能化石墨烯复合材料”。功能化石墨烯材料的制备可由“自上而下”和“自下而上”两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。     

Preparation and Properties of Elastomer Composites Containing “Graphene”-Based Fillers: A Review

Elastomers are materials showing exceptional elasticity and are used for numerous applications. However, their low stiffness as well as their insulating behavior can be limiting so the incorporation of graphene-based materials can help and improve drastically their properties. With high Young's modulus, high electrical and thermal conductivities, graphene and graphene-like fillers seem ideal fillers to effectively tune elastomers properties. With low graphene-like loadings, most elasticity properties of elastomers could be preserved while increasing or adding new properties to the composites to enable new applications. Herein, we focus on the effects of “graphene” incorporation into elastomers and we will highlight the key parameters to effectively monitor the changes.