6大關鍵技術決定石墨烯開發

　　石墨烯是二維蜂窩狀網狀結構的單原子納米材料，具有優良的光透性、力學和導電性。良好性質使它成為理想基體材料，易與其它功能材料復合。結構完整的石墨烯難以溶解和融化，且由于π-π鍵和范德華力存在導致其存在易團聚、分散性差，微觀難操作等問題。

　　如何對石墨烯進行功能化改性和石墨烯基材料制造，成為制約石墨烯基材料開發的關鍵。目前開發石墨烯基材料的關鍵技術主要有以下幾種：

　　表面功能化技術

　　表面功能化技術通過化學方法對石墨烯及其衍生物表面功能化修飾，從而提高其分散性和其他組合的相容性。表面功能化操作簡單，應用廣泛，可改善傳統石墨烯由于受范德華力作用分離困難、熱穩定性差等問題。常用方法包括共價鍵功能化、非共價鍵功能化等。

　　1)非共價鍵功能化主要通過π-π鍵，氫鍵與其他化學物質相互作用對石墨烯及其衍生物進行表面改性。

　　2)共價鍵功能化主要通過氧化石墨烯表面存在的-COOH、-OH、C=C鍵與其他物質發生酯化反應、酰胺反應和聚合反應等化學反應對石墨烯進行改性。

　　伽馬射線輻照技術

　　伽馬射線輻照技術是一種通過非接觸式引發物質化學反應的新型改性技術，為石墨烯基材料的制備研究提供了新的方向。相較于傳統制備方式，伽馬射線輻照技術綠色環保，安全可靠。常見伽馬射線輻照技術包括液相輻照和固相輻照。

　　1)液相輻照技術是伽馬射線作用于液體溶劑，所產生的輻解產物再作用于材料或其他功能分子引起后續化學反應，如還原反應、氧化降解、聚合反應等，常用的液體溶劑有二甲基甲酰胺、乙二胺等。

　　2)固相輻照技術是伽馬射線直接照射材料和功能分子所引起的原初反應，或作用于氣體介質產生的自由基引起的物理化學變化。

　　自組裝技術

　　自組裝技術主要包括水熱還原自組裝法、化學還原自組裝法和冷凍干燥自組裝法，主要以GO或rGO為前驅體，利用rGO的疏水性和π-π的耦合作用相互搭建制得石墨烯基材料。自組裝法實現石墨烯結構的規律性，可提升石墨烯的電學性能，但受反應容器的限制，大規模制備困難。

　　模板合成技術

　　模板的合成技術主要分為硬模板和軟模板合成法。硬模板法是利用材料表面作為模板填充到模板的單體進行化學反應，除去模板得到特定的結構材料;軟模板法是物體與由前驅物在液相中產生的中間體相互作用形成納米材料。近年來模板法一般是結合自組裝法、氣相沉積等方法聯合制備石墨烯基復合材料。

　　模板合成法以模板為載體，可以嚴格控制材料的大小和形狀，操作簡單，但石墨烯的導向生長模板作用難以控制。在硬模板合成中，需用強酸強堿去除模板，可能破壞復合材料結構影響其性能。

　　3D打印技術

　　3D打印技術是一種基于精確物理復制和快速成型的增材制造工藝。常見用于制造石墨烯基復合材料的典型技術有噴墨打印成型、熔融沉積快速成型等。

　　石墨烯基材料的3D打印制作具有精度高、結構可設計、可大規模制造等特點，同時解決了自組裝法、模板法等可控性差、微觀結構混亂等問題，充分發揮石墨烯力學、光學等優良性能，提高其在相關領域的應用范圍，但由于制備方式單一，目前很難實現復合工藝。

　　粉末冶金技術

　　粉末冶金技術制備石墨烯基材料是將金屬粉末、非金屬粉末與石墨烯微片粉末經攪拌、壓制成型后在一定條件下燒結成型的材料加工技術。合理控制石墨烯的含量以及工藝參數可避免石墨烯發生團聚現象，提高材料性能。

　　粉末冶金法材料用量少，所得材料力學性能高，并且可解決通過自組裝法制備的石墨烯材料所出現的穩定性差、晶化程度低等問題，但粉末冶金法制備的復合材料會出現一些孔洞，致密度低的現象，且粉末冶金法屬于高溫工藝，耗能大，流程復雜，不利于節能減排。

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