石墨烯

石墨烯作为当下新材料研究热点，其结构与性能研究及其产业化发展持续升温，其应用已在各行各业中占有了一席之地。作为当下新材料研究热点，世界各国不约而同地将石墨烯基础研究及产业化应用作为长期战略发展方向，以望在新一轮的材料产业革命中占据主导地位。而我国也将《石墨烯等碳基纳米材料技术研究、集成与应用项目》列入了“十三五”规划中，并在各种政策和资金上大力支持石墨烯研发及产业化。目前，其应用领域如表 1 所示。

石墨烯的结构 

石墨烯是由碳原子紧密堆积以 sp²杂化轨道组成的六边形蜂窝状二维晶体薄膜，厚度为单层碳原子厚度(0.335nm)，约为头发直径的二十万分之一。石墨烯弯曲可形成零维富勒烯，卷曲可形成一维的碳纳米管，紧密堆垛可形成三维的石墨，是富勒烯、碳纳米管、石墨的基本单元。

根据边缘碳链的不同，可将石墨烯分为扶手椅型和锯齿形两种纳米条带，分别呈现出不同的电子传输性，其中锯齿形石墨烯纳米条带通常为金属型，而扶手椅型石墨烯纳米条带可为金属型或者半导体型。石墨烯中的每个碳原子核外层电子排布为1s22s22p2，最外层四个价电子中的三个电子与周围的三个碳原子的最外层电子，在 2s 轨道、2px 轨道和 2py 轨道以 sp2杂化的形式形成σ共价键，键长 1.42Å，键角 120°，每个碳原子中未成键的 2pz轨道电子在石墨烯平面内形成离域大π键。 

石墨烯的制备方法有

机械剥离法、晶体外延生长法、氧化还原法、超声分散法、化学气相沉积法、有机合成法、溶剂热法、等离子增强、火焰法、电弧放电法等。

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石墨烯标准化的研究

近年来，市场上流通的石墨烯产品质量不一，有的甚至给石墨烯产业带来了负效应。因此在石墨烯制备、结构表征、性能检测等方面建立相应的标准越来越重要，一系列国际标准、国家标准、地方标准、行业标准、团体标准、企业标准等都被陆续制定。 

国际标准 ISO/TS 80004-13-2017 对石墨烯、多层石墨烯、石墨、石墨烷、其他二维材料等进行了定义，并对二维结构材料的结构表征方法（SPM、AFM、STM、SEM、TEM、拉曼光谱、光致发光谱、XRD、LEEM、LEED）、化学表征方法（AES、XPS、EELS、EDX、TG、ICP-MS）、电气特征方法（四端传感法、石墨烯 Hallbar 配置、开尔文探针力显微镜、紫外光电子能谱、光电子显微镜、非接触式微波法）等进行了说明，并对二维结构中常出现的缺陷（晶体缺陷、点缺陷、空位缺陷、取代缺陷、线缺陷、面缺陷、晶面、位错缺陷）、各种堆积、尺寸等进行规定，该标准是目前对石墨烯结构表征较完整的标准，是开展石墨烯相关技术标准研究及制定工作的基础和前提。 

中国科学院山西煤炭化学研究所针对石墨烯表面含氧官能团含量、石墨烯材料中非金属元素、钾、钠、锰和铁含量等牵头制定了 3 项联盟标准，均通过了同行专家的评审。。T/CNCIA 01003—2017 及 T/CNCIA 01004—2017 规定了石墨烯相关材料的定义，环氧石墨烯锌粉底漆力学性能等检测方法，水性石墨烯电磁屏蔽建筑涂料的电阻率、屏蔽效能等检测方法。广东省地方标准DB44/T 1216—2013 利用扫描电子显微术和X 射线能谱法表征石墨烯的特性，该标准适用于单层或多层石墨烯。

中国石墨烯产业技术创新战略联盟针对石墨烯材料的名词术语和定义、层数、表面结构等提出了 Q/LM01CGS001—2013、Q/ LM03CGS002—2014、Q/LM03CGS001—2014 等 3 项企业标准，标准中使用化学滴定法量分析石墨烯表面含氧官能团的含量，使用 SEM 判定石墨烯层数。

泰州石墨烯研究检测平台针对石墨烯微观形貌、原子结构、光学、电学、力学、热学等性能形成 19 项企业标准，涵盖了石墨烯材料的名词术语和定义、层数、层间距、单层率、比表面积、层间堆垛方式、缺陷含量、透光性能、热导率、表面残余物的测试及分析，碳氧含量及含氧官能团测定，石墨烯粉体的性能测试方法，石墨烯及其聚合物拉伸性能测试，石墨烯薄膜及粉体电学性能测试等。江南石墨烯研究院针对石墨烯薄膜材料，使用四探针法、透光率仪法表征材料的方阻、电导率和透光率形 Q/320412 SMX001—2019、Q/320412SMX002—2019、Q/320412 SMX003—2019 等 3 项企业标准。 

可见，

目前石墨烯在涂料中的检测主要涉及涂料中石墨烯成分的定性分析和 石墨烯涂料的性能检测两类。

石墨烯成分的定性分析主要通过 FT-IR、Raman、 XPS、XRD 等光谱法分析存在的结构形式，通过 SEM-EDS、TEM、AFM、SPM 等电子 显微镜进行微观形貌分析和元素分析。

石墨烯涂料的性能检测

主要通过表面电阻 率、浸泡腐蚀速率、摩擦系数、磨损面积、电导率、接触角、电化学电阻抗谱等 来测试石墨烯涂料的耐腐蚀性能、耐磨性能、导电性能、自清洁性能、耐候性能 等。其中，多数检测方法及标准主要借鉴了涂料性能检测中的国标、行标、ISO  或 ASTM 等标准，随着这些标准的出台，进一步规范了石墨烯的判定方法和手段， 填补了业界空白，进一步推动石墨烯产业发展。

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石墨烯在金属基材表面的应用研究

石墨烯的特殊晶体结构使其具有优异的物化性能，其杨氏模量高....