石墨烯介紹&材料應用研究

石墨烯介紹&材料應用研究

石墨烯介紹大綱

影片-老師介紹石墨烯是什麼? 碳的同素異形體
石墨烯的吸波材料應用研究
石墨烯的吸波機理
石墨烯吸波材料的研究現狀及啟示
石墨烯似乎是最有效的電磁屏蔽材料
石墨烯材料在電磁波吸收領域的應用
金屬材料&石墨烯導電大PK
石墨烯介紹&產品精選

影片引用自李永乐老师的影片"石墨烯是什麽？是騙局還是未來黑科技？李永樂老師講碳的同素異形體"

https://www.youtube.com/watch?v=adIN_RjIrmY

清楚好懂得講解石墨烯!!

((真希望當年的有機化學教授教學也有這麼淺顯易懂~

《石墨烯的吸波材料應用研究》

隨着電子信息技術的發展和電子產品的普及，電磁波在人們的日常生活中廣泛存在。當電磁輻射超出人體和環境所能承受的上限時，會形成電磁污染。在軍事領域，雷達仍然是現代戰爭中搜尋目標的慣用手段，研製能夠高效吸收電磁波的雷達隱身材料是提高武器系統生存能力的有效途徑之一。因此，吸波材料在民事和軍事領域上都有着廣泛的研究價值和應用前景。

新型的電磁波吸收材料——石墨烯

石墨烯是2004年首次發現的一種新型的二維納米材料，其神奇的二維結構使其具有獨特的理化性能。

石墨烯是目前已知的導電性能最好的材料。石墨烯中的電子運動速度可以達到光速的1/300。石墨烯的價帶和導帶相交於費米能級，這賦予了石墨烯獨特的零能隙半導體性能，是目前最高遷移率的銻化銦材料的兩倍。

在未來，石墨烯或有可能取代矽製造超微型電晶體，將計算機處理器的運算速率提高百倍。

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石墨烯的強度相當於目前最好的鋼材強度的100多倍，硬度甚至超過了鑽石，是目前自然界強度最大的材料，而它的密度卻很小。

在室溫下，石墨烯的熱傳導率是常用的金屬導熱材料如金銀銅的十幾倍，是鋁的二十多倍。

石墨烯還具有其他一些特殊的性能，如超高的比表面積。單原子層石墨烯的理論比表面積可以達到驚人的2630m2/g，是活性炭的比表面積的2～3倍，可以用於吸附和脫附各種大分子和小顆粒。

石墨烯的光學透過率達到97.7%，這種特性讓石墨烯在太陽能電池的透明電極也有應用的潛力。

上述特點使得石墨烯有可能取代傳統碳材料成為一種新型的電磁波吸收材料，但不可迴避的是，與其他碳系材料類似，單純石墨烯的主要電磁波衰減機制是電損耗，因而吸波性能欠佳。

因將碳材料與鐵氧體、電損耗型的金屬化合物納米粒子複合是提高吸波性能的一種有效途徑。石墨烯比表面積大，很適合作為載體來負載納米粒子，不僅可以有效解決納米粒子分散性差、自身易團聚的難題，而且可以在納米尺度上對其結構和性能進行設計和優化，從而製備出具有特定組成、結構和性能的石墨烯基多功能複合吸波材料。

「石墨烯的吸波機理」

電磁波在傳播過程中遇到任何形狀的介質時，在電磁波的入射面或界面都會發生反射和透射現象。由於原傳播介質的波阻抗和材料的波阻抗並不匹配，就會有一部分的電磁波發生反射，而另一部分則透射進入到介質內部。阻抗越不匹配，反射的電磁波就越多。只有當原傳播介質的波阻抗與材料的波阻抗相互匹配時，電磁波才會最大效率地入射到材料內。電磁波在材料內部傳播過程中與材料發生相互作用並被轉化為其他形式的能量（如機械能、電能和熱能等），即電磁波損耗。所以，吸波材料的吸波性能主要由兩個條件決定：一是阻抗匹配特性，即減少電磁波在材料表面的反射或電磁波能夠最大限度地進入到材料內部；二是衰減特性，即電磁波進入到材料內部後，材料能夠對電磁波進行有效地吸收或損耗，減少電磁波的二次反射。

多組分石墨烯基吸波材料通過複合雜化粒子微結構及協同效應，並研究吸波材料的負載密度、形貌、結構、各組份成份含量以及各組份之間的協同效應對其電磁參數的影響，同時利用石墨烯的特殊結構以及石墨烯與納米粒子複合所帶來的特殊性質所造成的界面極化、電子弛豫極化和偶極子極化等效應來損耗電磁波，獲得了具備多種電磁波損耗機制且性能可調的質輕、高強、寬頻吸波材料結構體系。

「石墨烯吸波材料的研究現狀及啟示」

近年來研究者在對於石墨烯吸波材料方面的研究做了很多有價值的工作。

多元體系的石墨烯基複合吸波材料的設計與製備以及電磁波吸收性能的研究在國際上剛剛開展。高的比表面積、優秀的電學性能和特殊的二維結構等特性都賦予了石墨烯作為新型複合吸波材料理想構建單元的優異潛能，但石墨烯基複合吸波材料的綜合吸波性能仍有待提高。

採用多種組份的納米粒子與石墨烯複合，在一定程度上減輕了石墨烯片層的團聚，更重要的是製備的多組份複合材料具有多功能，對於吸波材料而言，每一組份的材料具有不同的電磁波吸收特性，多種組份的材料複合時吸波材料能兼顧那種材料的優點，實現優勢互補。但是多元複合材料在製備時存在的缺點也很明顯，例如，不同界面的相容性差、多組分材料的分散性和均勻性不易控制等。

儘管如此，多元體系的石墨烯基複合吸波材料的設計與製備依舊會成為未來新型吸波材料研究的重點，作為新型基材的石墨烯也會對推動隱身材料的技術發展以及電磁防護方面的研究提供更大的作用。

《石墨烯似乎是最有效的電磁屏蔽材料》

像手機和電腦這樣的敏感電子設備需要屏蔽電磁干擾(EMI)。

這種屏蔽「必須是導電的」傳統上是由金屬製成的，這在推動電子產品小型化和輕型化的過程中造成了重量問題。

先前的研究已經證明，基於碳納米結構的超輕量納米複合材料由於其重量輕、耐腐蝕、柔韌性和加工優勢

(「使用基於碳納米結構的納米複合材料來製造具有成本效益的EMI屏蔽材料」)而優於傳統的金屬屏蔽材料。

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在新的研究中，科學家已經證明了單層石墨烯是高性能EMI屏蔽材料的絕佳選擇。

他們發現，cvd合成的石墨烯的電磁干擾屏蔽效果(以分貝計)是同等厚度的金膜的7倍以上。

報告他們的研究結果在最近的一次在線版的納米技術(「單層石墨烯的電磁干擾屏蔽效能」),表明製造業一個超薄的可行性,透明,輕便、靈活EMI屏蔽由一個或幾個原子層的石墨烯。

石墨烯材料在電磁波吸收領域的應用！

碳材料是電磁屏蔽和吸波材料研究的重要內容，對於石墨、碳纖維、碳納米管等材料的電磁屏蔽和吸收性能的研究已經相當廣泛。

石墨烯具有室溫量子霍爾效應和良好的鐵磁性，與石墨、碳纖維、碳納米管等材料相比，擁有獨特性能的石墨烯可以突破碳材料原有的局限，成為一種新型有效的電磁屏蔽和微波吸收材料。

石墨烯是單層碳原子緊密堆積而形成的一種超薄碳質新材料，厚度只有0.335nm，是目前世界上最薄的二維材料。

自2004 年英國曼徹斯特大學的物理學教授A. Geim 和K. Novoselov 等用機械剝離方法觀測到單層石墨烯，其獨特的物理性能和在電子領域的潛在應用成為國際研究的熱點，並引起科學界新一輪「碳」熱潮。

碳材料是電磁屏蔽和吸波材料研究的重要內容，對於石墨、碳纖維、碳納米管等材料的電磁屏蔽和吸收性能的研究已經相當廣泛。然而，作為一種新型碳材料的石墨烯具有縱橫比、電導率和熱導率高、比表面積大、密度低等特點，其本徵強度高達130 GPa，常溫下的電子遷移率可達到15 000 cm2／(V • s)，是目前電阻率最小的材料。

並且石墨烯具有室溫量子霍爾效應和良好的鐵磁性，與石墨、碳纖維、碳納米管等材料相比，擁有獨特性能的石墨烯可以突破碳材料原有的局限，成為一種新型有效的電磁屏蔽和微波吸收材料。

因此，以石墨烯為研究方向，結合金屬納米材料或聚合物材料，通過結構設計研製性能優異的石墨烯複合材料，有望廣泛應用於電磁波吸收及電磁屏蔽等民用及軍事領域。

LINE通話電磁波阻擋測試

隨著無線電探測技術和探測手段的發展以及其它非可見光探測技術和各種反偽裝技術的逐漸完善和應用，傳統武器裝備的生存受到嚴峻的挑戰。因此，研製高效吸收雷達波的輕型材料是提高武器裝備系統生存能力的有效途徑之一，是現代戰爭中最具有價值、最有效的戰術突防手段。可見，高性能輕型微波吸收材料研製及在武器裝備中的應用至關重要。

二維片狀的石墨烯具有高的比表面積(2630 m2／g)以及特異的熱、電傳導功能，對微波能產生較強的電損耗。與傳統吸收劑相比，石墨烯材料以其優異的電磁性能成為一種有效的新型微波吸收材料。傳統的鐵磁類吸收劑，如Fe，Ni，Co，Fe3O4，Co3O4 等鐵磁性納米物質對電磁波具有較強的磁損耗。

通過結構設計，將石墨烯與此類納米粒子複合後，得到石墨烯片層中鑲嵌強吸收電磁波納米磁性粒子結構的複合材料，並且可實現對微波較強的介電損耗和磁損耗。此類複合材料將石墨烯與磁性納米粒子的優異性能結合在一起，有效提高了石墨烯材料的磁損耗，並可顯著提高吸波材料的多頻譜兼容技術水平以及滿足現代武器裝備對於吸波材料「薄、輕、寬、強」的要求，是一種極有發展前途的新型吸收劑。其吸波機制主要為對微波的電導損耗、多重散射、介面極化、疇壁共振、電子能級分裂等。