摘要：完美石墨烯由于具有高导电性、高透光性、高柔韧性、高阻隔性、高机械强度、高化学稳定性、超薄等特性,被誉为21世纪最具颠覆性的“新材料之王”,引起全球各界的关注,并预期在电子领域、光子领域、能源领域、环保领域、生物医疗健康等领域具有广阔的发展前景。目前,欧洲、美国、日本等众多国家,都把石墨烯列为本世纪最重要的新材料进行研究和开发,并已在新能源、电子等方面取得重要进展和初步应用效果。我国也明确把石墨烯作为国家重要战略材料列入国家“十三五”规划。石墨烯分为石墨烯粉体(还原氧化石墨烯)和石墨烯薄膜两大类。目前研究较多的是石墨烯粉体,且其制备和应用方面都有了系统的研究,并取得了一定成果。对于石墨烯薄膜,研究较多的是其制备技术,虽然对石墨烯薄膜在各个领域的应用均进行了初步研究,验证了它应用于其中的可行性,并预期其在部分应用领域具有显著优势,但多数处于研究初期,还面临众多技术挑战。因为目前制备的石墨烯薄膜性能和理论性能有较大差距,所以需要研究者们一方面改进制备技术,提升石墨烯薄膜性能;另一方面结合石墨烯特性选择拥有显著优势的应用领域进行深入研究,设计能够体现石墨烯薄膜性能优势的产品器件,这样才能真正打开石墨烯薄膜的应用市场。本文首先介绍了化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的研究现状及发展趋势。目前,石墨烯薄膜晶畴尺寸多为微米级到毫米级,少数研究机构所制的石墨烯薄膜晶畴可达到厘米级;石墨烯薄膜迁移率一般可达到10000~30000 cm 2/(V·s),方阻小于150Ω/□,透光率达到97.7%。石墨烯薄膜发展趋势是开发可控、快速制备大面积、大晶畴、高质量原位沉积石墨烯薄膜的技术和找到可体现石墨烯薄膜优异性能的应用场景。其次在欧盟“石墨烯旗舰计划”科技路线图的框架下,根据石墨烯薄膜的诸多预期特性,结合技术先进性、未来市场规模、可行性、开发周期等方面,选定16项主要应用方向作为重点关注方向,并将其归为七大类应用:透明导电层、分离隔离膜、场效应晶体管(沟道层)、光电探测器(有源区)、导热材料、集流体涂层、催化剂载体。本文重点系统地分析了石墨烯薄膜在上述应用中预期带来的优势、现状和面临的问题,为石墨烯薄膜材料的发展提供研究基础。

摘要：以乙醇为碳源,采用低氢常压化学气相沉积(CVD)法在铜基底上制备石墨烯薄膜,并将其成功转移至目标基底。通过SEM、Raman、TEM、选区电子衍射等分析发现,所制备的石墨烯薄膜结构完整、质量良好。通过设计实验,观察和分析了石墨烯薄膜生长过程中主要阶段的形貌特征及生长机理。结果表明,乙醇高温分解出的碳原子在铜基底表面聚集形核,形成的原始晶粒逐渐长大为岛状晶畴直至形成树枝状薄片,并在生长过程中跨越铜基底表面晶界,最后形成完整的石墨烯薄膜。

摘要：石墨烯薄膜是一种以石墨烯纳米片为基元结构的宏观体,通过合理的结构设计和表面修饰使其具有优异的电学、力学和热学性能,将在电化学储能、电子器件、健康和环保等领域具有潜在的应用。本文主要综述了从石墨烯基元调控到二维宏观膜组装以及石墨烯薄膜在超级电容器应用中的研究进展。主要介绍了石墨烯薄膜的简易制备方法,并详细介绍了通过对石墨烯基元的结构调控和表面修饰来优化石墨烯薄膜电化学性能的两大策略,最后对石墨烯薄膜应用所面临的挑战和未来的发展进行了总结与展望。

摘要：应用石墨烯薄膜的自生热沥青路面设计;自生热沥青路面各复合材料机能;自生热沥青路面融冰过程中的温度影响状态分析。本研究基于混合平板下非稳态一维热传递模型,借助融冰工程实验分析的方式,对石墨烯薄膜自生热沥青路面的融冰过程温度影响状态开展专题分析探究,以为同类自生热沥青路面融冰工程应用提供研究和技术参考,助力实现优质高效的沥青路面融冰过程。

摘要：作为一种原子级别厚度的二维碳材料,石墨烯已经被证明具有优异的电学、光学、热学等综合物化性能。但是如何制备高质量、大面积晶圆级别的石墨烯薄膜仍然是激发人们进行科学研究以及器件集成领域的一大热点问题。传统过渡金属催化合成石墨烯薄膜的化学气相沉积工艺往往需要复杂费时的后处理转移工序,会对石墨烯薄膜本征性能造成巨大破坏,因此研究如何在介电基底上直接制备高质量大面积的石墨烯薄膜具有重大意义。基于此目的而兴起的无转移石墨烯薄膜制备研究已经取得了显著的科学成就,其中金属催化辅助合成无转移石墨烯薄膜的研究尤其引人注目,并且基于原位合成石墨烯薄膜性能测试及器件验证均取得了不错的效果。尽管如此,由于催化剂种类、形态以及结构设计等因素的不同,针对金属催化剂在无转移石墨烯薄膜合成过程中的工艺策略,不同的研究有不同的设计。本文基于无转移石墨烯薄膜制备的最新研究结果,对金属在催化转化获得无转移石墨烯过程中的作用机理和设计策略进行了系统全面的分析,对促进高质量晶圆级石墨烯薄膜的合成及在电子、光电子等功能器件领域的应用具有重要的指导意义。

摘要：石墨烯薄膜具有导热各向异性,该性质可带来层间隔热效应,并有助于热防护服外层沿平面方向的散热。在传统消防服用织物系统中复合石墨烯薄膜,测量外层织物的基本性能,采集热暴露过程中织物系统各层的温度,进而评估织物系统热防护性能及外层的热老化情况。结果表明:石墨烯薄膜能够减缓外层织物的热老化;当热流密度为30 kW/m^(2)时,织物系统外层的质量损失率从2.10%降至0.81%,拉伸强力保持率从74.71%增至97.48%;热暴露过程中传感器温升值的最大降幅可达46.3%。石墨烯薄膜能够在一定程度上改变织物系统内部热传递的速率和路径,加快平面内的热扩散、阻碍热量向皮肤方向传递,从而提升热防护性能。

摘要：为了在结构监测领域探索新型的传感材料和技术,对一种以多层石墨烯薄膜作为敏感材料的柔性传感器展开了研究,进行结构应变和冲击力信号监测。基于相似三角形的性质,设计了柔性传感器大应变范围内的标定实验,并通过悬臂钢梁实验对柔性传感器和电阻应变片的应变监测结果进行了比较。此外,还搭建了沙粒冲击实验平台,实现了沙粒在不同下落高度的冲击响应。实验结果表明:柔性传感器具有大变形的监测能力,可代替电阻应变片测量结构的应变,并可用于沙粒冲击力的测量,在结构监测领域具有广泛的应用前景。

摘要：坚持为"基础化学实验"课程补充新内容,甚至追踪科学前沿是有必要的。结合"碳材料研究"科研课题,设计适合本科新生实验操作的"石墨烯薄膜制备与表征"实验方案。该方案为综合性实验,包含氧化石墨烯制备与还原,材料二维形貌控制与成形以及相关性质的表征等环节,整个实验教学系统完整地模拟科学研究过程,实验条件简单,设备易普及,实验现象重现性好,实验结果可靠。该实验教学设计有助于学生实验技能的培养,科研思维与创新意识的建立,从而实现提高学科教育与教学质量的目的。

摘要：简单介绍了石墨烯薄膜的制备方法,有自组装法、真空抽滤法、旋涂法、化学气相沉积法,讨论了不同制备方法的优缺点以及对石墨烯薄膜结构和电磁屏蔽性能的影响。综述了纯石墨烯薄膜、无机物/石墨烯薄膜、聚合物/石墨烯薄膜材料在电磁屏蔽领域的研究进展,重点介绍了不同复合薄膜的制备以及结构设计对电磁屏蔽机制的影响。分析了多组分材料与石墨烯协调作用对电磁屏蔽性能的影响。最后展望了石墨烯薄膜应用于电磁屏蔽领域存在的问题以及未来研究方向。

摘要：鉴于石墨烯薄膜优异的热力学性能,将石墨烯薄膜与传统服装材料相结合,设计并制作了一种石墨烯薄膜发热服装模型。基于石墨烯薄膜温升理论,利用红外线热成像仪,对覆于石墨烯薄膜之上的服装材料温度变化进行测试和分析,进而探讨了石墨烯薄膜在可穿戴设备(薄膜发热性能)和音频声学(薄膜热声效应)两个领域的应用。