《石墨烯复合材料》课件

石墨烯复合材料石墨烯复合材料是一种新型材料，它结合了石墨烯的优异性能和基体材料的特性，赋予材料全新的功能和应用课程大纲引言石墨烯基础知识石墨烯复合材料应用与前景石墨烯材料简介石墨烯的结构分类和制备方法石墨烯复合材料的应用领域石墨烯复合材料定义石墨烯的特性石墨烯在复合材料中的作用未来的发展方向什么是石墨烯？石墨烯是由单层碳原子以蜂窝状结构排列而成的二维材料它是目前已知最薄、强度最高、导电性和导热性最佳的材料之一石墨烯的物理性质高强度高导电性12石墨烯是世界上最强的材料之石墨烯具有极高的电子迁移一，强度是钢的200倍率，是铜的100倍，是硅的10倍高导热性高透明度34石墨烯的热导率极高，是金刚石墨烯薄膜的透光率高达石的2倍

97.7%，可用于制作透明导电薄膜石墨烯的化学性质高活性亲水性石墨烯表面富含碳原子，易与其石墨烯表面存在大量官能团，使他物质发生化学反应，形成各种其具有良好的亲水性，可应用于功能化材料水处理和生物医药等领域可修饰性稳定性石墨烯可以通过化学修饰，改变石墨烯化学性质稳定，不易被氧其表面性质，赋予其特殊功能，化或降解，可以长时间保持其特拓展其应用范围性石墨烯的制备方法机械剥离法利用机械力将石墨层层剥离，获得单层或多层石墨烯化学气相沉积法在高温条件下，利用气相碳源在衬底上生长石墨烯氧化还原法将石墨氧化成氧化石墨烯，再通过还原剂还原成石墨烯溶液剥离法将石墨分散在溶剂中，通过超声波或其他方法剥离成石墨烯其他方法如电化学剥离法、等离子体剥离法等石墨烯基复合材料的分类聚合物基石墨烯复合材料金属基石墨烯复合材料将石墨烯与聚合物材料复合，例如塑料、橡胶将石墨烯与金属材料复合，例如铝、铜、钢铁等，可提高聚合物材料的强度、导电性、耐热等，可提高金属材料的强度、耐腐蚀性、导热性等性能性等性能陶瓷基石墨烯复合材料碳基石墨烯复合材料将石墨烯与陶瓷材料复合，例如氧化铝、氮化将石墨烯与其他碳材料复合，例如碳纳米管、硅等，可提高陶瓷材料的强度、韧性、导热性石墨等，可形成具有协同效应的复合材料等性能聚合物基石墨烯复合材料增强强度和刚度提高耐磨性和韧性广泛应用于多种领域石墨烯的加入提高了材料的抗拉强度、弯曲石墨烯增强了橡胶的抗撕裂强度和耐磨性聚合物基石墨烯复合材料应用于汽车零部强度和弹性模量，提升了机械性能能，延长了橡胶制品的寿命件、航空航天材料、电子器件等金属基石墨烯复合材料增强强度和硬度改善电学性能石墨烯与金属基体结合，提高材料强度和硬石墨烯的导电性赋予金属基复合材料优异的电度学性能提升热导率增强抗腐蚀性石墨烯的热传导性增强金属基复合材料的导热石墨烯的保护层有效提高金属基复合材料的抗性能腐蚀性陶瓷基石墨烯复合材料增强韧性提升耐高温性能石墨烯纳米片层结构可以有效提高陶瓷材料的韧性，降低其脆性，提高抗裂性石墨烯具有良好的热稳定性和导热性，可以增强陶瓷材料的抗高温性能，并提高其热传导效率碳基石墨烯复合材料碳纳米管增强碳纤维增强活性炭增强石墨烯与碳纳米管结合，形成网络结构，提石墨烯增强碳纤维复合材料，提升导电性和石墨烯与活性炭形成多孔结构，提高比表面高强度和韧性热传导性积，应用于储能和催化水基石墨烯复合材料

11.优异分散性

22.环境友好性水基石墨烯复合材料具有良好水基石墨烯复合材料以水为分的分散性，可以有效地分散在散介质，环保无毒，符合绿色水中，并与其他材料形成均匀可持续发展理念的混合物

33.多种应用场景

44.可控制备水基石墨烯复合材料可用于涂通过控制制备工艺，可以调节料、油墨、水性树脂、水凝胶水基石墨烯复合材料的性能，等领域，具有广阔的应用前满足不同的应用需求景石墨烯在复合材料中的作用机理石墨烯在复合材料中起着增强的作用，它能显著改善材料的机械性能、电学性能和热学性能石墨烯的加入可以形成三维网络结构，提高材料的强度和韧性，并能有效抑制裂纹的扩展石墨烯复合材料的力学性能石墨烯复合材料的力学性能优于传统复合材料，如强度、韧性、抗疲劳性和抗蠕变性等例如，石墨烯增强聚合物复合材料的拉伸强度和弹性模量可以提高50%以上石墨烯复合材料的电学性能石墨烯拥有优异的电学性能，如高导电率、高载流子迁移率和优异的热稳定性，这些特性使其在电子领域具有广阔的应用前景10^6高导电率石墨烯的导电率可达铜的1000倍以上，使其成为理想的导电材料200,000载流子迁移率石墨烯的载流子迁移率可达200,000cm2/Vs，远高于硅等传统半导体材料

1.5热稳定性石墨烯的热稳定性优异，可在高达1500°C的温度下保持稳定，使其在高温环境中具有良好的应用潜力石墨烯复合材料的热学性能高热导率石墨烯的热导率极高，可达5300W/mK，远远高于其他材料高热稳定性石墨烯具有优异的热稳定性，能够承受高温环境，在高温下仍能保持良好的性能低热膨胀系数石墨烯的热膨胀系数很低，在温度变化时不会发生明显的尺寸变化石墨烯复合材料的耐腐蚀性石墨烯耐腐蚀性高化学稳定性抗氧化、抗酸碱疏水性减少腐蚀介质接触屏蔽效应阻挡腐蚀性物质渗透石墨烯复合材料的耐磨性石墨烯具有优异的机械强度和耐磨性，作为增强材料添加在复合材料中，能够显著提高复合材料的耐磨性能石墨烯纳米片层结构能够有效阻止磨损颗粒的侵入，并降低摩擦系数倍50%2降低提高摩擦系数抗磨损性能石墨烯复合材料的应用领域航空航天汽车工业石墨烯复合材料可用于制造轻便石墨烯复合材料可以增强汽车的耐用的航天器部件，提高飞行器强度和耐用性，并有助于减轻汽性能车重量，提高燃油效率电子电器能源领域石墨烯复合材料可以提高电子设石墨烯复合材料可以用于制造高备的导热性和导电性，并可以用效的太阳能电池，并可以提高电于制造更轻薄的电子器件池的能量密度和循环寿命航空航天领域轻量化结构高性能卫星先进火箭发动机石墨烯复合材料具有高强度、轻重量的优石墨烯复合材料的耐高温性和抗氧化性，使石墨烯复合材料能够提升火箭发动机的性势，能够显著降低航天器的重量，提高载荷其成为卫星结构材料的理想选择，能够承受能，提高推力和燃烧效率，推动航天技术的能力和燃油效率极端环境的考验进步汽车工业领域轻量化石墨烯复合材料的密度低，强度高，可以有效地减轻汽车重量，从而提高燃油效率和降低排放电子电器领域导电性散热性能石墨烯复合材料可用于制造高性石墨烯复合材料具有优异的热传能导电材料，例如导电浆料、印导性，可用于制造散热器和热管刷电路板和电极材料理材料电磁屏蔽柔性电子石墨烯复合材料可用于制造电磁石墨烯复合材料具有优异的柔性屏蔽材料，用于保护电子设备免和可弯曲性，可用于制造柔性电受电磁干扰子器件，例如可穿戴设备和柔性显示器能源领域电池太阳能12石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料，可以提高电池的容量、石墨烯复合材料可以作为太阳能电池的透明电极材料，提高电池循环寿命和倍率性能，从而提升电池性能，并降低成本的效率和稳定性，推动太阳能电池的应用燃料电池储能34石墨烯复合材料可作为燃料电池的电催化剂载体，提高催化剂活石墨烯复合材料可以作为超级电容器的电极材料，提高超级电容性，降低燃料电池成本，促进燃料电池技术的商业化器的能量密度和功率密度，实现高效储能生物医疗领域药物载体生物传感器石墨烯纳米材料可用于构建药物载石墨烯的高灵敏度和快速响应特性，体，实现靶向药物递送，提高药物疗使其成为生物传感器的理想材料，可效，降低副作用用于疾病诊断和健康监测组织工程医学影像石墨烯材料可作为生物支架材料，促石墨烯纳米材料具有良好的生物相容进细胞生长和组织再生，应用于骨骼性和光学特性，可用于开发新型医学修复、皮肤修复等领域影像技术，提高疾病诊断的精度环保领域

11.污水处理

22.空气净化石墨烯材料具有良好的吸附性石墨烯复合材料可以用于制造能，可以用于去除水中的污染高效的空气过滤器，去除空气物中的有害物质

33.土壤修复

44.可持续材料石墨烯材料可以用于土壤修石墨烯复合材料可以用于制造复，去除土壤中的重金属和其环保可持续的材料，减少环境他污染物污染国内外发展现状国外发展现状国内发展现状欧美国家在石墨烯复合材料研究方面起步较早，技术较为成熟，中国在石墨烯复合材料研究方面近年来发展迅速，取得了显著成主要集中在基础研究和应用开发果，并在一些领域实现了产业化欧盟在石墨烯产业发展方面投入巨大，制定了“石墨烯旗舰计划”，中国政府高度重视石墨烯产业发展，制定了一系列政策措施，鼓旨在促进石墨烯技术创新和应用励石墨烯技术的研发和应用美国也在石墨烯研发方面投入大量资金，并成立了“石墨烯研究中中国在石墨烯复合材料的应用领域，已在航空航天、电子信息、心”，致力于推动石墨烯的应用新能源等领域取得重大突破研究挑战与创新机遇大规模制备石墨烯复合材料规模化生产成本高，难以满足市场需求性能控制石墨烯的性能受制备工艺影响大，难以精确控制应用拓展石墨烯复合材料的应用领域不断拓展，需要研发新的应用技术结论与展望石墨烯复合材料展现出巨大潜力，应用前景广阔未来研究方向提高材料性能，降低制造成本，探索更多应用领域。