中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石墨烯因其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于納米電極、超級(jí)電容器、生物感應(yīng)器、藥物傳遞、太陽(yáng)能電池、氫氣儲(chǔ)存、晶體管、聚合物納米復(fù)合材料等領(lǐng)域。但是結(jié)構(gòu)完整的石墨烯片層表面呈惰性，片層間容易因較強(qiáng)的范德華力而發(fā)生團(tuán)聚，因此難以均勻分散于水及常用的有機(jī)溶劑。為了能充分利用石墨烯的優(yōu)異性能，改善其可成型加工性，需要對(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性，改善其溶解性以及在基體中的分散性。

石墨烯的表面改性

石墨烯的改性一般都是改性更容易操作的氧化石墨烯。與物理改性方法相比，用化學(xué)的方法改性石墨烯更加常見(jiàn)，效果更穩(wěn)定。而化學(xué)改性方法通常又分共價(jià)鍵改性和非共價(jià)鍵改性兩種。

共價(jià)鍵改性

共價(jià)鍵改性是將功能化基團(tuán)與氧化石墨烯表面的“含氧基團(tuán)”進(jìn)行“縫合”，由于氧化石墨烯上存在羧基（-COOH）、羥基（-OH）和環(huán)氧基（-O-）、羰基（C=O）等活性基團(tuán)，能與一些小分子或大分子之間反應(yīng)，因而可以利用這些基團(tuán)與其他分子之間的化學(xué)反應(yīng)對(duì)石墨烯表面進(jìn)行共價(jià)鍵功能化；除此之外，還應(yīng)有石墨烯原位（G）的共價(jià)鍵改性。

非共價(jià)鍵改性

除共價(jià)鍵功能化外，還可通過(guò)非共價(jià)鍵連接方法對(duì)石墨烯表面進(jìn)行功能化，即可用π-π相互作用、離子鍵以及氫鍵等超分子作用使石墨烯表面得到修飾，從而提高石墨烯的分散性。由于石墨烯本身具有高度共軛體系，其易于與同樣具有π-π鍵的共軛結(jié)構(gòu)或者含有芳香結(jié)構(gòu)的小分子和聚合物發(fā)生較強(qiáng)的π-π相互作用。但會(huì)引入其它組分，比如：生物大分子、表面活性劑、離子液體、納米粒子等。

石墨烯的電子性能改性

為了更好地將石墨烯這種具有優(yōu)良物理性能的材料利用到半導(dǎo)體電子器件領(lǐng)域，需要對(duì)其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂埔哉{(diào)節(jié)其電子性能。目前，可通過(guò)摻雜和離子轟擊方法來(lái)改變石墨烯的電子性能。

摻雜

摻雜可完全改變半導(dǎo)體的基本特性，并有效控制半導(dǎo)體納米晶體的光、電、磁學(xué)特性，直接促使高效率新型光電子器件的實(shí)現(xiàn)，為納米晶體的廣泛應(yīng)用提供了巨大空間。該方法也可用來(lái)擴(kuò)展石墨烯在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

大量研究表明石墨烯摻雜是調(diào)控石墨烯電學(xué)與光學(xué)性能的一種有效手段。例如Wei等采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法成功制備了氮摻雜石墨烯，對(duì)該氮摻雜石墨烯的電學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)其具有n型半導(dǎo)體的特征。

離子轟擊

另一種改變石墨烯電子性能的方法是離子轟擊，即賦予離子一定的初始能量，使其轟擊石墨烯靶材。轟擊會(huì)導(dǎo)致石墨烯中缺陷（如空位、納米孔、取代缺陷、吸收缺陷等）的產(chǎn)生。石墨烯中這些缺陷的存在會(huì)導(dǎo)致其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，例如，石墨烯中空位的存在會(huì)使其費(fèi)米能級(jí)附近的電子狀態(tài)發(fā)生根本性變化。

Al-harthi等用1keV的Ar⁺轟擊石墨烯表面，結(jié)果表明離子轟擊使得不同振幅和周期性的褶皺結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，導(dǎo)致石墨烯中的電子狀態(tài)發(fā)生變化，即sp²鍵轉(zhuǎn)化為sp³雜化狀態(tài)。該研究說(shuō)明離子轟擊能改變石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其電子性能。

參考來(lái)源：

金永學(xué).石墨烯的表面改性及其在涂層中的應(yīng)用

王巖松.石墨烯的化學(xué)改性及其在皮革中的研究進(jìn)展

覃信茂.石墨烯改性研究進(jìn)展

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