一维石墨烯纳米线&三维多孔石墨烯“本是同根生”相容共储能
　　石墨烯一经发现，其理论力、热、电等性能已经可轻松超越许多常规材料数倍，同时被学者也认为石墨烯是碳纳米管、富勒烯等碳材料的基本组成单元，但石墨烯的很多实际应用还需要利用石墨烯组装成宏观石墨烯组装体，包括一维石墨烯纤维、二维石墨烯薄膜、三维石墨烯等被学者们广泛研究。
　　【成果简介】
　　根据 Nano Energy官网在线发表的一条最新进展，哈尔滨工业大学李垚教授（通讯作者）、武汉理工大学麦立强教授（通讯作者）、黑龙江科技大学刘晓旭老师（第一作者）联合新加坡南洋理工大学共同合作通过不同尺寸石墨烯的组装，构建了多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料。该材料具有介于石墨与石墨烯之间的晶格特征，其在作为锂离子/钠离子电池的负极材料时，展现了介于石墨与石墨烯之间的充放电平台，大的比容量，优异的倍率性能以及超长的循环寿命，例如其作为钠离子电池负极材料时，在1C倍率下，1000个充放电循环后，其可逆容量仍能大于300 mAh g-1 ，甚至在20C的倍率下（充放电时间约为6分钟），其可逆容量仍能大于200 mAh g-1。该全石墨烯电极材料做为石墨烯组装体家族的新成员，有望在未来柔性轻便穿戴电极材料中一展身手。
　　【图文导读】
　　图1：通过模板自组装不同尺寸石墨烯制备柔性全石墨烯电极
　　介绍了一种多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体化全石墨烯柔性电极材料的合成方法。
　　（a）利用大尺寸石墨烯包覆在多孔镍网上，然后利用小尺寸石墨烯与聚苯乙烯微球模板制作混合溶液滴到镍网微孔中；
　　（b）在镍网上得到多维石墨烯一体电极材料的前驱体；
　　（c-d）不同的退火温度下结构演变图，800℃退火取出模板后，刻蚀掉镍网骨架后得到多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体化全石墨烯柔性电极材料。
　　图2：多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体化全石墨烯柔性电极材料的形貌
　　（a-d）分别为不同条件下获得全石墨烯柔性电极材料的扫描电镜图，表明在适当的溶液浓度下，在800度的退火温度下，可在三维石墨烯壁上获得尺寸小于100纳米的石墨烯纳米线；
　　（e）为SEM元素扫描图，可见镍网基底对形成石墨烯纳米线起决定作用。
　　图3：多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料的微观结构
　　（a-g）为石墨烯纳米线TEM图。结果表面，小尺寸石墨烯堆叠而产生的石墨烯纳米线结构与很多石墨烯组装体相比具有更高的结晶度，且石墨烯纳米线内部还想成了一些介孔结构；
　　（h-k）石墨烯纳米下电极材料的同步辐射小角散射表征，进一步证明了一维取向结构的存在；
　　图4：多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料的XPS、Raman、XRD表征
　　（a，b）为全石墨烯材料的XPS图；
　　（c，d） 为全石墨烯材料的XPS 、Raman、XRD表征；
　　结果表明，石墨烯纳米线结构与传统的还原石墨烯相比具有更优异的结晶性。
　　图5：多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料的储锂特性
　　（a）充放电曲线；
　　（b）CV曲线；
　　（c）倍率特征；
　　（d）循环稳定性。
　　结果表明石墨烯纳米线结构储锂性能优于传统的多孔还原石墨烯。
　　图6：多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料储钠特征
　　（a）充放电曲线；
　　（b）CV曲线；
　　（c）倍率特征；
　　（d，f）循环稳定性；
　　（e）电化学阻抗；
　　（f） 碳基储钠综合性能对比图；
　　结果表明石墨烯纳米线结构的综合储钠性能优于传统的多孔还原石墨烯，甚至超越了当下众多全碳基锂电材料。
　　【小结】
　　该工作通过对模板自组装的方法构建了多维石墨烯纳米线与三维石墨烯一体全石墨烯柔性电极材料，该结构石墨烯材料使得电子可以三维石墨烯表面及石墨烯纳米线的直径方向高速传输，由于石墨烯纳米线是由小尺寸石墨烯堆叠而成，锂或钠离子可以在石墨烯纳米线法向高速嵌入与脱出，可见该多维全石墨烯材料可同时提高离子与电子的传输，从而实现了高容量及高倍率共存的锂/钠离子电极体系。
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这是石墨吗？石墨烯是不是这个提炼的.这里好多.到处都是.
懂得看看这是不是石墨烯的原料.这里好多.拿了一片拿打火机.的电试了一下会通电.如果不是石墨那是什么？
火机烧不红.薄薄的.
煤矸石，这东西为煤矿付产品。
应该是煤矸石
新型超能石墨烯（六边或五边型二维三维网状微晶体结构超能石墨烯）前言最初，科学家试着使用化学剥离法来制造石墨烯。他们将大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨层间化合物。在其三维结构中，每一层石墨可以被视为单层石墨烯。还有一种采用化学气相沉积法，将石墨烯薄膜外延生长于各种各样基板但品质不优良。于2004年，海姆和团队成员偶然地发现了一种简单易行的制备石墨烯的新方法。他们制得了石墨烯作为新一代碳纳米材料,石墨烯具有优异的理化性质,是电子、光学、磁学、生物医学、储能等领域最具应用潜力的前沿材料之一。从而在实验室被发现至今,石墨烯获得了广泛的关注与研发。我国对石墨烯材料的研究进程位居全球前列,各级政府也给予了较大支持。近年来在柔性触控屏和复合材料领域,石墨烯初露产业化曙光,储能、传感器、芯片等电子器件领域则形成研究热点。作为一种 “奇迹材料”,拥有极具吸引力的应用前景。但,石墨烯制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的最大“拦路虎”。尽管曼彻斯特大学的教授们首次提取出石墨烯，是直接从石墨中剥离而来，但这种原始办法不可能用于大规模工业生产。目前尚无实质性研究成果。目前却均未实现批量生产。而多次被拿来炒作的“石墨烯电池”，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容(能)量的提升基本没有任何帮助，其噱头意义远大于实用价值。“而且单层二维六边石墨烯材料本身纳米高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。开发一种成本低可批量生产可广泛应用的新型石墨烯，需待开发。河北科技大学及石家庄市科技局科技特派员同河北呋喃新材料科技开发公司。用独特的创新的生产工艺，研发的一种以植物为原材料可循环再生可降解的生物树脂新材料掺杂热解法制备的六边或五边型网状二维三维晶体结构新型石墨烯是世界上极少数能大批量生产石墨烯的方法。解决了石墨烯大批量生产及批量应用难题。大批量生产的新型石墨烯成本低，用途更广泛。此前已经发现的碳材料石墨烯是一种六边形单层结构的碳材料。新型石墨烯.是一种六边或五边形石墨烯的新型碳材料与碳六元环所构成的石墨烯不同。这种碳的新同素异形体是以碳六元环或五元为结构基元构成的六边或五边型网状二维三维微晶体结构，它具有可与石墨烯媲美的超高力学强度，并具有超石墨烯的优异性质。它的热稳定更好，可以承受高达3000的温度。因此；六边或五边型网状二维三维石墨烯具有特殊的物理机械性能，具有比六边二维石墨烯更好的抗断裂性能和回弹韧性，以及抗负荷能力等，可应用于隔音材料和缓冲材料。可应用于轻质半导体薄膜器件电子和机械器件及应变放大器等用途。具有一个大的内带隙，因而不需要象石墨烯那样通过化学或物理的修饰来打开带隙。此外，这种六边或五边型网状二维三维晶体结构新型石墨烯不仅可以卷成以六边或五边碳环为结构基元的半导体碳纳米管，而且还可以堆叠成稳定的三维碳块体结构，且这种三维碳材料具有比碳六元环更大的带隙和较大的体弹性模量。这些新颖的性质是六边或五边形成的石墨烯独特的原子构型密切相关的。这一发现丰富了人们对碳结构的认识；合成出的，碳六元或五元环形成的六边或五边的形成石墨烯可在纳米尺度的电子和机械器件中的到广泛的用途。新型石墨烯属于低结晶炭，是制做锂金属和锂离子电池电极很好的材料，新型石墨烯中嵌入锂，锂离子可很快插层到微晶层中和之间的开孔中，因新型石墨烯中掺入了磷混合物增加了电池可逆容量，可使锂电池可逆容量达到529-568mA.h/g。新型石墨烯以其独特的二维及三维使之具有更为丰富的微观结构，较大的比表面积，较高的孔隙率，便于电解液对电极的浸渍渗透和电子的传输，及电解液的流动有利于电解液和电极之间形成双电层。使电极材料与电解液充分接触，减小了离子扩散距离和扩散阻力；同时提供了导电网络结构，使电子在整个电极内得以快速传输。新型石墨烯具有比金属氧化物更高的电子导电性及良好的导电率。具有吸附性优良可吸储大量电解液，广泛用于电池电极、超级电容，功率大、充放电速度快，充放次数多、续航时间长使用长寿命长等。新型石墨烯该材料最大的优势在于可以抑制锂离子及锂金属电池 中的枝晶生长，提升电化学性能，提高锂电池 容量。从而解决了之前困扰石墨烯锂电池材料的一大难题。因为“枝晶生长以及固体电解质接口不稳定都会消耗大量的锂和电解液，导致不可逆的电池容量损失。
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除了石墨烯，还有这些二维材料可以改变世界
带大家了解目前比较出名的二维材料，体会微观材料的魅力与前景。
3D 和三维一直是二十一世纪以来的热门词汇，例如 3D 电影，3D 打印等。在这些行业中，三维不但意味着更好的视觉效果，还意味着更高的技术水平，然而对于某些领域来说，事情却不是这样。在两千多年前，哲学家就曾对物质本源的问题，产生过激烈的讨论。原子派认为物质在无限分割之后，最终会小到无法分割。所以他们把组成的物质称为原子，寓意为「不可分割」。随着时间的流逝，虽然现代依然沿用了原始的词汇「原子」，但是其不可分割的本意早已名存实亡。科学家在近百年通过利用物理的手段证明原子是可以分割的。原子的定义变成了保持化学性质的最小单位。即便原子是可以分割的，但最大的原子仍然达不到肉眼可见的程度，可以说人们目前能够看到的物质都是由原子三维堆叠而成的。如果能把原子平铺为一层，那么这种物质也就是当之无愧的二维材料。在对原子有了一定认识之后，研究人员在尝试了各种形式的材料，在理论上证明二维材料是最薄的材料，并认为这种材料不会稳定存在。所以没有人把这类物质放在心上。2004 年石墨烯的发现彻底改变了人们原本的看法，以原子组成的二维材料成功的登上了历史的舞台。科学界对石墨烯的关注热情也逐渐拓展到了其他的二维材料上，越来越多的二维材料被发现并研究。本文将会带大家了解目前比较出名的二维材料，体会微观材料的魅力与前景。石墨烯石墨烯是 2004 年首次被分离出来的二维材料，承担了很多第一的称号。它是由碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，和其他类型的材料相比，展示出了众多的优点。但是最重要的一点，就是它引发了人们对二维材料研发的兴趣。
石墨烯有很多让人惊讶的特点，在极低温度下，电子在石墨烯中的传输速度比硅快 100 倍；拥有非常出色的导热能力；可见光透过率高；强度极高，是钢铁的一百倍；原子层只允许水分子通过。这一系列特点，让石墨烯在各个领域大展拳脚。半导体厂商可以用石墨烯来覆盖整个芯片并快速构造射频晶体管，但是使用石墨烯作出逻辑电路是非常困难的。因为硅和其他半导体材料的特点之一就是具有带隙，他们的原子会束缚电子，直到电子接受到足够的能量之后才可以在材料上自由移动。而石墨烯没有带隙，无法选择开或者关的状态。但是也有办法来诱导石墨烯产生一个带隙，例如在石墨烯之上再叠一层石墨烯，或者在材料上切割一条纳米带，都可以产生带隙。但是这些改性方法都会降低电子在石墨烯中的运动速度。再加上石墨烯在超级电容器、海水过滤、透明电极等方面同样具有应用潜力，欧盟委员会宣布：在今年年初他们将会在石墨烯的研发上投入 10 亿欧元的资金。同时，国内对石墨烯的热度也在不停地提高。黑磷黑磷作为一种新生的二维材料，其光电和能带的特性赢得了研究人员的广泛关注。在用胶带剥离石墨烯的启发后，研究人员也尝试用胶带剥离单层的黑磷。而在 14 年，部分研究人员改进了制造方式，使用液体剥落的方法，提高了制备黑磷烯的收益率。
结构上来见，黑磷和石墨烯还是有很大差异的，黑磷并不是平面蜂窝状晶格结构。由于具有带隙，黑磷在半导体领域显示出了不同于石墨烯的特性。目前研究人员已经成功地用黑磷制作出晶体管、柔性电路、光电器件，并通过与其他二维材料结合，收获了更好的应用。因而在半导体领域，黑磷的前景比石墨烯更加光明。当然，黑磷也不是完美的材料，由于黑磷会与空气中的水反应，不经处理的话，晶体管会因为黑磷的腐蚀而失效。氮化硼氮化硼的结构和石墨极为类似，因此也称为「白石墨」，而石墨烯也对人们探索氮化硼的制作方法有一定的启发。
二维的氮化硼是由氮原子和硼原子交替组成的平面结构。其结构和石墨烯类似，是六角蜂窝状的平面。但是与石墨烯截然不同的是，它是一种优良的绝缘体。目前研究人员已经用氮化硼和石墨烯交替堆叠组成了复杂的电路，通过结合不同的二维材料成功地发挥出了更大的潜力。另外，氮化硼在抗氧化涂层、超疏水应用方面也有很好的前景。二硫化钼二硫化钼也是一种非常流行的二维材料，与石墨烯和氮化硼不同的是，二硫化钼拥有带隙，可以进行逻辑判断，是一种半导体材料。
二硫化钼的带隙是自带的，但是它的带隙和硅的带隙是不一样的，二硫化钼的是「直接带隙」，而硅的带隙是间接带隙，直接带隙的发光效率比间接带隙高得多。二硫化钼仅仅是「过渡金属二硫属化物」的一种。这个家族中包含了 15 种不同的过渡金属和硫、硒、碲三种硫属化物。目前针对同家族的研究还非常少。但是相比石墨烯来说，二硫化钼的电子迁移速率比较低。因为这种材料结构的关系，电子在其内部移动的时候，碰到平面的金属原子后，会被其中的金属原子弹离，因而迁移速率会受到一定影响。所以更常见的是研究者把二硫化钼和石墨烯组合起来使用。由于二硫化钼自身的带隙特点，它在太阳能电池和光电领域非常有前景，有望改变感光器件的未来。硅烯和锗烯硅烯和锗烯也是具有潜力的二维材料。而芯片制造厂商也更喜欢用这种熟悉的半导体来制造芯片，这两种材料因为合成困难，所以在近几年合成出来后，才得以研究。和石墨烯不一样的是将这些原子构成二维材料的时候，材料平面会有不同程度的弯曲，而这会影响整个平面电子的一致性。但是因为它们也具有带隙，同样是一种半导体材料。这两种二维材料，尚有许多特性有待研究。未来科学家经过不断探索，发现了越来越多的二维材料，这些材料都有各自的特点——石墨烯的透光率、二硫化钼的直接带隙、氮化硼的绝缘性、黑磷烯的半导体性。这些特性能让二维材料在不同的领域发挥各自特长，然而这些材料都面临着相同的困境。把材料从实验室应用到生活中，需要漫长的时间。如何稳定的生产、如何控制好材料的良品率、如何才能生产质量相同的产品都是一个材料走向实际应用中面临的问题。不过，越来越多的实验室开始研究二维材料这个新兴的领域。每年都会有更多的二维材料被发现与研究。黑磷正是其中最具潜力的一个，研究者在短短的几年时间内，就已经开发出了黑磷的晶体管。虽然性能上还不让人满意。但毫无疑问的是，黑磷的潜力不亚于石墨烯。笔者将会在下一篇继续介绍黑磷是一种什么样的二维材料。（图片来自 Wikipedia）**本文作者赵盖子，文章首发头条，微信公众号【烯引力】-不仅仅是石墨烯，烯引力致力于发现全球范围的新材料趋势。转载请与微信号 t2ipo001 联系，并保留本信息。未包含本信息的转载将受到侵权投诉。
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