由于Novoselov和Geim设法隔离了一层石墨烯,显示了该材料的出色特性[1],因此石墨烯研究并没有进一步停止。这无疑已成为过去二十年中研究最多的领域,不仅是石墨烯的性质,而且是该材料与其他元素结合形成基于石墨烯的化合物的多功能性[2]。与石墨烯相关材料的主要合成途径之一涉及石墨烯(GO)。在强氧化剂的帮助下,石墨氧化过程引入了氧化石墨氧化过程,引入了官能团,例如羰基,环氧化物,羟基和羧基,可能存在于边缘和/或石墨烯层的基础平面上[3]。这些组减少了层之间的相互作用,从而增加了它们之间的距离。石墨烯片之间的更大空间有助于去角质,从而形成单层或几层氧化石墨烯[4]。因此,GO是一个用功能组装饰的石墨烯层。这些功能组负责石墨烯片板的功能化及其与其他材料的相互作用[5]。进行化学/热修饰的这种多功能性改变了其特性,使其适用于最多样化的区域,例如聚合物复合材料
尽管对二维(2D)材料的痕迹进行了几十年的研究,但可以确定其文艺复兴时期,即何时由Geim和Novoselov隔离并鉴于单层石墨烯,后者被授予诺贝尔物理学的发现。1,2从那时起,石墨烯的令人难以置信的特性启发了许多研究者,研究了广泛的可能应用。认识到,这种不同的特性与2D布置齐头并进,并加速了对其他2D材料的探索,其中包括金属基材料和无金属材料。近年来,由于无金属材料的材料成本较低,因此对2D金属材料的研究变得越来越宽。在此类材料的各种应用中,光催化是一个非常有吸引力的领域,它融入了“绿色化学”现代哲学的大多数方面,在该哲学中,将可持续性标准整合到化学生产中是核心使命。在这种情况下,利用太阳能的能量来触发化学转化,以代替更多能源密集型和较少的生态生产方案,这是迈向可持续性的重要一步。3,4尽管有希望的发现和对使用2D金属材料作为有机转化的光催化剂的高期望,但这些有趣的结构的全部潜力尚未被发现,并且了解结构/活动关系仍然需要
传感策略正在发展越来越多地集中在超低检测阈值和高度选择性设备上。这些性能可以通过纳米技术来启用,这要归功于印度定义,自上而下的结构[1-3]或化学/生化获得的,即自下而上的构造[4-6]。可以用基于石墨烯的纳米结构来表示自上而下和自下而上的方法之间的一种桥梁。石墨烯是一种二维材料,该材料由六边形晶格结构中的单层碳原子组成[7]。Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年隔离并描述了石墨烯,这一成就于2010年获得了诺贝尔物理奖[8]。 使用关键字“石墨烯”在2023年11月进行的一项科学数据库研究产生了203,000多篇论文,其中包括大约10,000篇评论论文。 材料的特殊特性,已在不可数的出色评论中进行了详细描述(例如,参见[9-11])允许其在几乎无限的应用中使用,涵盖了当今人类活动的不同技术和科学相关领域。Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年隔离并描述了石墨烯,这一成就于2010年获得了诺贝尔物理奖[8]。使用关键字“石墨烯”在2023年11月进行的一项科学数据库研究产生了203,000多篇论文,其中包括大约10,000篇评论论文。材料的特殊特性,已在不可数的出色评论中进行了详细描述(例如,参见[9-11])允许其在几乎无限的应用中使用,涵盖了当今人类活动的不同技术和科学相关领域。在一些最成功和/或研究的中,有可能提到一般的电子和光电子,对于这些电子和光电子,石墨烯的存在及其衍生物可以改善设备的电子传输[12-15];与能量相关的应用[16,17],其中再次,石墨烯的电子传输能力有助于改善例如电池和电容器的整体特性;催化[18,19],该领域利用了石墨烯/石墨烯衍生物所实现的超高表面积及其增强的电子传输特性,以提高化学反应的整体产量;药物[20-23],其中石墨烯衍生物(特别是石墨烯氧化物)与生物分子相互作用的能力用于实施药物递送,提供用于热破坏癌细胞的选择性电气吸收,用于成像以及许多其他生物医学目的[24,25];复合材料的机械增强和/或复合材料的功能修饰,其中通常通过创建能够承受非常的材料来利用石墨烯衍生物的特殊机械电阻。中,有可能提到一般的电子和光电子,对于这些电子和光电子,石墨烯的存在及其衍生物可以改善设备的电子传输[12-15];与能量相关的应用[16,17],其中再次,石墨烯的电子传输能力有助于改善例如电池和电容器的整体特性;催化[18,19],该领域利用了石墨烯/石墨烯衍生物所实现的超高表面积及其增强的电子传输特性,以提高化学反应的整体产量;药物[20-23],其中石墨烯衍生物(特别是石墨烯氧化物)与生物分子相互作用的能力用于实施药物递送,提供用于热破坏癌细胞的选择性电气吸收,用于成像以及许多其他生物医学目的[24,25];复合材料的机械增强和/或复合材料的功能修饰,其中通常通过创建能够承受非常
进行热交换器,制冷系统或发电厂。不幸的是,通常的传热液(例如水和聚合物溶液)具有相对较低的热电导率。改善热萃取的一种方法是将传热液的流量与某些固体材料的高热电导率相结合,例如金属,金属氧化物或不同的碳材料:碳黑[6],碳纳米管[9],碳纳米含量[4] [4]或石墨烯Nananoplatelets [29]。然而,使用微米尺寸的固体材料的悬浮液会导致并发症,例如磨损,沉积和堵塞。石墨烯是六角形键合的碳原子的单原子薄片,由Novoselov等人优雅地获得并表征。[18],现在是研究最多的材料之一。The importance of graphene nanoplatelets and their benefits have been investigated, and the following advantages have been mentioned [ 22 ]: (1) it is relatively easy to synthesize, (2) it has long suspension time (leading to stable particle suspensions), (3) graphene nanoplatelets have large surface area/volume ratio, and (4) present low erosion, corrosion and clogging.这种悬浮液的动态粘度也是传热中实际应用的重要特性。大多数科学文献是关于水中的悬浮液,有时是表面活性剂/分散剂[1、2、10、12、19],证明了石墨烯纳米片浓度会导致粘度非线性增加。meh-Rali等。伊朗曼什等人。此外,几位作者研究了石墨烯纳米片的粘度[27],并显示出强大的温度降低。[16]制备的均质石墨烯纳米板 - 让使用高功率超声探针的悬浮液,以浓度为0.025、0.05、0.05、0.075和0.1质量%,对300、500、500、500和750 m 2 g-1的三个不同表面区域进行悬浮液。他们测量了在20至60°C的温度下,水平纳米片的粘度与剪切速率的粘度。观察到粘度随温度降低,但对浓度和特定表面积敏感。在水中,graphene纳米片悬浮液的样品也表现出剪切粉,可以解释如下。在较低的剪切速率下,随着纳米板旋转的液体旋转,它们逐渐使它们沿增加剪切的方向对齐,从而产生较小的耐药性,从而降低粘度。当剪切速率足够高时,达到了最大可能的剪切顺序,骨料分解为较小的尺寸,降低粘度[7,25]。[11]还研究了分散在蒸馏水中的石墨烯纳米片的粘度和热导电,并研究了三个有影响力的参数,包括浓度,温度和特定表面积。他们提出了相对粘度作为不同特定表面积,浓度和温度的函数的相关性。
[1] Akinwande,Deji等。“石墨烯和硅技术的二维材料”。自然573,507-518(2019)[2] Novoselov,Kostya S.等。“原子薄膜中的电场效应”。Science 306,666-669(2004)[3] Pham,Phuong V.等。 “无处不在电子和光电学的2D异质结构:原理,机遇和挑战。” 化学评论。 122,6514-6613(2022)[4] Liang,Shi-Jun等。 “用于高性能设备应用程序的范德华异质结构:挑战和机遇。” 高级材料32,27(2020)[5] Kwon,Oh Seok等。 “使用天然受体进行纳米材料传感器”。 化学评论119,36-93(2018)[6] Li,Xuesong等。 “铜箔上高品质和均匀石墨烯膜的大面积合成。” Science 324,1312-1314(2009)[7] Lee,Jae-Hyun等。 “单晶单层石墨烯在可重复使用的氢末端锗上的晶圆尺度生长。” Science 344,286-289(2014)[8] Moon,Ji-Yun等。 “石墨烯的层工程大区块去角质。” 科学进步6,4(2020)[9] Moon,Ji-Yun等。 “层工程的原子尺度散布2D范德华晶体。” 物质5,3935-3946(2022)[10] Moon,Ji-Yun等。 “通过原子剥落制备层工程范德华材料的方案。” 星形方案4,2(2023)[11] Kim,Sein等。 “非金属介导的大面积单层过渡金属二北核化物的原子剥落”。Science 306,666-669(2004)[3] Pham,Phuong V.等。“无处不在电子和光电学的2D异质结构:原理,机遇和挑战。”化学评论。122,6514-6613(2022)[4] Liang,Shi-Jun等。“用于高性能设备应用程序的范德华异质结构:挑战和机遇。”高级材料32,27(2020)[5] Kwon,Oh Seok等。“使用天然受体进行纳米材料传感器”。化学评论119,36-93(2018)[6] Li,Xuesong等。“铜箔上高品质和均匀石墨烯膜的大面积合成。”Science 324,1312-1314(2009)[7] Lee,Jae-Hyun等。 “单晶单层石墨烯在可重复使用的氢末端锗上的晶圆尺度生长。” Science 344,286-289(2014)[8] Moon,Ji-Yun等。 “石墨烯的层工程大区块去角质。” 科学进步6,4(2020)[9] Moon,Ji-Yun等。 “层工程的原子尺度散布2D范德华晶体。” 物质5,3935-3946(2022)[10] Moon,Ji-Yun等。 “通过原子剥落制备层工程范德华材料的方案。” 星形方案4,2(2023)[11] Kim,Sein等。 “非金属介导的大面积单层过渡金属二北核化物的原子剥落”。Science 324,1312-1314(2009)[7] Lee,Jae-Hyun等。“单晶单层石墨烯在可重复使用的氢末端锗上的晶圆尺度生长。”Science 344,286-289(2014)[8] Moon,Ji-Yun等。 “石墨烯的层工程大区块去角质。” 科学进步6,4(2020)[9] Moon,Ji-Yun等。 “层工程的原子尺度散布2D范德华晶体。” 物质5,3935-3946(2022)[10] Moon,Ji-Yun等。 “通过原子剥落制备层工程范德华材料的方案。” 星形方案4,2(2023)[11] Kim,Sein等。 “非金属介导的大面积单层过渡金属二北核化物的原子剥落”。Science 344,286-289(2014)[8] Moon,Ji-Yun等。“石墨烯的层工程大区块去角质。”科学进步6,4(2020)[9] Moon,Ji-Yun等。“层工程的原子尺度散布2D范德华晶体。”物质5,3935-3946(2022)[10] Moon,Ji-Yun等。“通过原子剥落制备层工程范德华材料的方案。”星形方案4,2(2023)[11] Kim,Sein等。“非金属介导的大面积单层过渡金属二北核化物的原子剥落”。小科学3,9(2023)[12] Shim,Jaewoo等。“用于原子精度处理晶片尺度二维材料的控制裂纹繁殖。”Science 362,665-670(2018)[13] Lee,Yong Hwan等。“通过受控的剥落者的si-50μm-thick-thick-thick-thick-thick-thick-thick-thick si wafers的原子层 - 沉积(ALD)AL2O3-papsivected(ALD)。电子材料信件14,363-369(2018)[14] J.和Hutchison和T. Wu。 “应用机制的进步。 卷。 27。 学术出版社,1990年。 [15] Bedell,Stephen W.等。 “通过受控的剥落来转移层。” 物理学杂志D:应用物理学46,15(2013)[16] Li,Ning等。 “通过3D剥落启用的单晶柔性电子设备。” 高级材料29,18(2017)和Hutchison和T. Wu。“应用机制的进步。卷。27。学术出版社,1990年。[15] Bedell,Stephen W.等。“通过受控的剥落来转移层。”物理学杂志D:应用物理学46,15(2013)[16] Li,Ning等。“通过3D剥落启用的单晶柔性电子设备。”高级材料29,18(2017)
多羟基甲酸酯,称为非异氰酸酯聚氨酯(NIPU),是通过胺固化的多膜循环碳酸盐来制造的,可从多种合成和生物基于生物的环氧树脂和二氧化合物中通过碳二氧化物的化学固定固定。同氰酸酯单体对水分敏感高度敏感,而NIPU加工可耐受性和各种官能团。这对开发高级功能填充剂非常有益,因为不需要特殊的干燥程序或其他预处理。在新兴纳米填料中,石墨烯由于其出色的机械,热和电性能而起着重要作用。作为2D碳聚合物,由缺陷 - 游离SP 2-杂交碳单层组成,石墨烯具有1 TPA的非凡刚度,[6] 5000 W m-1 K-1 K-1,[7]的热导率为5000 W m-1 K-1,[7] [7] 6000 S Cm-1 [8]和2600 MOxipe的电导率。[9]因此,石墨烯对具有出色的机械,热和电性能的多功能聚合物纳米材料的发展具有巨大的希望。[10]与石墨烯相关的纳米材料,例如多壁碳纳米管,石墨氧化物(GO)或热还原的石墨氧化物(TRGO)(TRGO),以改善各种多种聚生物材料的机械和电气性能,包括多种聚生物材料[11,12,12]和Polyure-ysess和Polyure-ysess和Polyure-ysess和Polyure-ysess和Polyure-yses和Polyure-yses。[13,14]其他突出的例子是针对传感器应用定制的石墨烯/弹性体纳米复合材料。这种方法已由Novoselov等人开创。[15–19]尽管边缘量的纳米填料可以提供重大的财产改进,但纳入较高量的基于差异的填充剂通常会在处理和成本效率方面构成问题,从而限制其在轻量级构造中的应用。为了降低成本并改善加工,已经进行了几次尝试,以开发工业可行的合成路线,以定制与石墨烯相关的材料作为功能填充剂。几种自上而下的技术采用石墨作为丰富的市售中间体,用于去角质几层或单层石墨烯。使用其苏格兰胶带技术从石墨表面剥离单层石墨烯。[20]通常,从石墨中去角质需要很高的剪切力才能克服堆积在石墨>的石墨烯层之间的范德华吸引力
[1] F. Bonaccorso,Z。Sun,T。Hasan,A。C。Ferrari。 石墨烯光子学和光电子学。 nat。 光子学。 2010,4,611-622。 [2] D. Pesin,A。H。MacDonald。 石墨烯和拓扑绝缘子中的旋转和伪辛酸。 nat。 mater。 2012,11,409-416。 [3] K. Zhang,Q.Fu,N。Pan,X。Yu,J。Liu,Y。Luo,X。Wang,J。Yang,J。Hou。 通过催化扫描探针光刻直接在氧化石墨烯上直接编写电子设备。 nat。 社区。 2012,3,1194。 [4] W. Han,R。K. Kawakami,M。Gmitra,J。Fabian。 石墨烯旋转。 nat。 纳米技术。 2014,9,794-807。 [5] Z. Chen,A。Narita,K.Müllen。 石墨烯纳米纤维:地下合成和集成到电子设备中。 高级材料。 2020,32,2001893。 [6] N. P. De Leon,K。M. Itoh,D。Kim,K。K. Mehta,T。E. Northup,H。Paik,H。Paik,B。S. Palmer,N。Samarth,S。Sangtawesin,D。W. Steuerman。 材料挑战量子计算硬件的挑战和机会。 科学。 2021,372,EABB2823。 [7] C. Tao,L。Jiao,O。V. Yazyev,Y.-C。 Chen,J。Feng,X。Zhang,R。B. Capaz,J。M. Tour,A。Zettl,S。G. Louie等。 在空间解析手性石墨烯纳米纤维的边缘状态。 nat。 物理。 2011,7,616-620。 [8] M. Slota,A。Keerthi,W。K。Myers,E。Tretyakov,M。Baumgarten,A。Ardavan,H。Sadeghi,C。J。Lambert,A。Narita,K.Müllen等。 自然。Sun,T。Hasan,A。C。Ferrari。石墨烯光子学和光电子学。nat。光子学。2010,4,611-622。[2] D. Pesin,A。H。MacDonald。石墨烯和拓扑绝缘子中的旋转和伪辛酸。nat。mater。2012,11,409-416。[3] K. Zhang,Q.Fu,N。Pan,X。Yu,J。Liu,Y。Luo,X。Wang,J。Yang,J。Hou。通过催化扫描探针光刻直接在氧化石墨烯上直接编写电子设备。nat。社区。2012,3,1194。[4] W. Han,R。K. Kawakami,M。Gmitra,J。Fabian。石墨烯旋转。nat。纳米技术。2014,9,794-807。[5] Z. Chen,A。Narita,K.Müllen。石墨烯纳米纤维:地下合成和集成到电子设备中。高级材料。2020,32,2001893。[6] N. P. De Leon,K。M. Itoh,D。Kim,K。K. Mehta,T。E. Northup,H。Paik,H。Paik,B。S. Palmer,N。Samarth,S。Sangtawesin,D。W. Steuerman。材料挑战量子计算硬件的挑战和机会。科学。2021,372,EABB2823。[7] C. Tao,L。Jiao,O。V. Yazyev,Y.-C。 Chen,J。Feng,X。Zhang,R。B. Capaz,J。M. Tour,A。Zettl,S。G. Louie等。在空间解析手性石墨烯纳米纤维的边缘状态。nat。物理。2011,7,616-620。[8] M. Slota,A。Keerthi,W。K。Myers,E。Tretyakov,M。Baumgarten,A。Ardavan,H。Sadeghi,C。J。Lambert,A。Narita,K.Müllen等。自然。磁边状态和石墨烯纳米骨的相干操纵。2018,557,691-695。[9] D. Wang,D.-L。 Bao,Q. Zheng,C.-T。 Wang,S。Wang,P。Fan,S。Mishra,L。Tao,Y。Xiao,L。Huang等。具有可调边缘状态的扭曲的双层锯齿形 - 锯齿形纳米替伯恩连接。nat。社区。2023,14,1018。[10] M. Kohmoto,Y。长谷川。零模式和蜂窝晶格的边缘状态。物理。修订版b。2007,76,205402。[11] S. Xia,Y。Liang,L。Tang,D。Song,J。Xu,Z。Chen。光子实现的普通类型的石墨烯边缘状态表现出拓扑平坦带。物理。修订版Lett。 2023,131,013804。 [12]ç。 Ö。 Girit,J。C. Meyer,R。Erni,M。D. Rossell,C。Kisielowski,L。Yang,C.-H。 Park,M。F. Crommie,M。L. Cohen,S。G. Louie等。 边缘的石墨烯:稳定性和动力学。 科学。 2009,323,1705-1708。 [13] S. Mishra,G。Catarina,F。Wu,R。Ortiz,D。Jacob,K。Eimre,J。Ma,C。A。Pignedoli,X。Feng,P。Ruffieux等。 观察纳米谱链链中的分数边缘激发。 自然。 2021,598,287-292。 [14] X. Li,X。Wang,L。Zhang,S。Lee,H。Dai。 化学得出的超齿石墨烯纳米替伯苯半导体。 科学。 2008,319,1229-1232。 [15] G. Z. Magda,X。Jin,I。Hagymási,P。Vancsó,Z。Osváth,P。Nemes-Incze,C。Hwang,L。P.Biró,L。Tapasztó。 自然。 2014,514,608-611。 nat。Lett。2023,131,013804。[12]ç。 Ö。 Girit,J。C. Meyer,R。Erni,M。D. Rossell,C。Kisielowski,L。Yang,C.-H。 Park,M。F. Crommie,M。L. Cohen,S。G. Louie等。边缘的石墨烯:稳定性和动力学。科学。2009,323,1705-1708。 [13] S. Mishra,G。Catarina,F。Wu,R。Ortiz,D。Jacob,K。Eimre,J。Ma,C。A。Pignedoli,X。Feng,P。Ruffieux等。 观察纳米谱链链中的分数边缘激发。 自然。 2021,598,287-292。 [14] X. Li,X。Wang,L。Zhang,S。Lee,H。Dai。 化学得出的超齿石墨烯纳米替伯苯半导体。 科学。 2008,319,1229-1232。 [15] G. Z. Magda,X。Jin,I。Hagymási,P。Vancsó,Z。Osváth,P。Nemes-Incze,C。Hwang,L。P.Biró,L。Tapasztó。 自然。 2014,514,608-611。 nat。2009,323,1705-1708。[13] S. Mishra,G。Catarina,F。Wu,R。Ortiz,D。Jacob,K。Eimre,J。Ma,C。A。Pignedoli,X。Feng,P。Ruffieux等。观察纳米谱链链中的分数边缘激发。自然。2021,598,287-292。[14] X. Li,X。Wang,L。Zhang,S。Lee,H。Dai。化学得出的超齿石墨烯纳米替伯苯半导体。科学。2008,319,1229-1232。 [15] G. Z. Magda,X。Jin,I。Hagymási,P。Vancsó,Z。Osváth,P。Nemes-Incze,C。Hwang,L。P.Biró,L。Tapasztó。 自然。 2014,514,608-611。 nat。2008,319,1229-1232。[15] G. Z. Magda,X。Jin,I。Hagymási,P。Vancsó,Z。Osváth,P。Nemes-Incze,C。Hwang,L。P.Biró,L。Tapasztó。自然。2014,514,608-611。nat。纳米容器上的磁性磁条抓取纳米骨。L. Britnell,R。V。Greena,M单身,被忽略和可忽略的忽略导电转换。公社。2013,4,1794。[17] P. Ruffieux,S。Wang,B。Yang,C。Sánchez,J。Liu,T。Dienel,L。Talliz,P。Shinde,C。A。Pignedoli,D。Passerone和Al。自然。2016,531,489-4