第一篇：动力电池材料比拼：比亚迪锰vs特斯拉石墨烯
动力电池材料比拼：比亚迪锰vs特斯拉石墨烯 来源： OFweek 电子工程网
[导读] 密度不输三元材料？比亚迪下代电池技术锁定磷酸铁锰锂
关键词：电池技术新能源汽车动力电池
密度不输三元材料？比亚迪下代电池技术锁定磷酸铁锰锂
在8月3日湖南韶山召开的由中科招商投资管理集团有限公司主办的中国新能源汽车产业三基工程会议上，比亚迪股份有限公司总裁王传福接受了媒体专访，他认为，比亚迪秦这款车市场预期远远超出了他们的预估，给产能带来很大压力；在新的电池技术上，比亚迪一直在进行新电池、新材料的研发。
在新能源车的产能上比亚迪是如何安排的，能不能适应市场的需要？比亚迪现在使用的是磷酸铁锂技术路线，下一步其它技术路线如何选择？
王传福回答说，比亚迪现在正在遇到产能的瓶颈，因为对市场的预估有些小心谨慎，没有判断出比亚迪秦这款车市场如此的火爆，所以，现在的产能远远跟不上供应。现在比亚迪秦已销售了6000余辆，现在每个月的产能是1000辆，但每个月的订单数量在3000至4000辆左右，超出了产能的3至4倍，这就出现了比亚迪秦市场供应的严重短缺。这也说明新能源车的市场拐点已经到来了。现在比亚迪也在积极布局，应对这样的市场状况，至少在明年早些时候能够解决市场供应的问题。
说到电池材料技术路线问题，比亚迪现在是磷酸铁锂的方向，未来也会研究其它的技术。我们现在研究的就是在磷酸铁锂路线下的改进型，叫磷酸铁锰锂，就是在材料里面添加锰元素。这种电池的能量密度已经达到了三元材料的密度。另外，我们考虑电池的技术路线，也是从材料的矿物质多少出发的。三元材料中的钴是相对稀有的金属，地球上储藏量有限，这就造成有这个元素的电池价格会下不来。而我们选择的磷酸铁锰锂，这些元素在地球上很富有，不会存在枯竭的那一天，所以，我们从经济性上来考虑，就选择了这个路线。当然，随着电池技术的不断发展，我们也有可能选择其它技术路线。
石墨烯或成特斯拉电池理想候选材料
特斯拉CEO马斯克在接受英国汽车杂志采访时表示，目前正在研究高性能电池，特斯拉汽车很快将能行驶805公里，相比目前增长近70%。特斯拉对电池技术的革新，将引发市场对提升锂电池能量密度材料的关注。石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性，是柔性储能器件的理想候选材料之一。
柔性屏、锂电池、超级电容是石墨烯短期最具吸引力的三个应用领域。（1）柔性屏将给消费电子领域带来革命性变化，手机与平板电脑实现完美统一；（2）石墨烯可用于锂电池的负极复合材料和导电添加剂，锂电池比容量可以从370mAh/g提升到540mAh/g，同时大幅提升电池充放电速度；（3）超级电容器的正负极换成石墨烯后（原为石墨），可大幅提高其比电容密度和额定电压，同时降低电容器的等效电阻。
对于锂电池而言，电极材料是决定其能量密度的关键因素。目前锂电池负极材料的主要种类有天然石墨（59%），人造石墨（30%），中间相炭微球（8%）及其他类型（3%），石墨类负极材料仍然占据主流地位。由于现有技术限制，当前主流负极材料（如人造石墨、中间相碳微球等）并不能大幅提高锂电池能量密度，负极材料市场急需高效的新型材料。
公开资料显示，近年来石墨烯等新型负极材料的研发与应用，开始受到业内的关注。石墨烯是一种新型材料，是已知材料中最薄的一种。由于它的电阻率低，电子迁移的速度极快，表面积大和电性能良好，被科学家认为是锂离子电池的理想电极材料。
研究证明，将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中，可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。石墨烯可阻止复合材料中纳米粒子的团聚，缓解充放电过程中的体积效应，延长材料的循环寿命。粒子在石墨烯表面的附着，可减少材料形成SEI膜过程中与电解质反应的能量损失。
近年来，国内高校和研究机构进行了石墨烯材料的研究工作，企业也开始推进石墨烯负极材料的产业化进程。2011年11月，常州第六元素材料科技股份有限公司成立，将生产用于锂电池负极材料的石墨烯。2012年4月，大连丽昌新材料有限公司建成了全自动石墨烯负极材料生产线，年产能达300吨。机构预计，随着石墨烯技术的突飞猛进，石墨烯的特性将提升锂电池的能量密度，进而解决电动汽车的续航里程问题。
动力锂电池材料路线之争 中日韩三元材料大战
在在尝试了市面上超过300种电池后，特斯拉才认定三元锂电池。
特斯拉电池技术总监Kurt Kelty给出的理由是：能量密度更大且稳定性、一致性更好；可以有效降低电池系统的成本；尺寸小但可控性和安全性都不断提高。
事实证明，Kurt Kelty的选择绝对正确。
在特斯拉从首款车型Roadster向目前最风靡的Model S“转型”的4年时间里，电池组成本已经下降了约44%，并且会继续下降。
现在，MODEL S续航里程能够达到486公里，电池容量达到85kWh（1kwh=1度），采用8142个3.4AH（AH，安时数，是反映电池容量大小的指标之一）的松下18650型电池。工程师们将这些电池以砖、片形式逐一平均分配，最终组成一整个电池包，放置于车身底板。就在7日，特斯拉发布今年第一季度财报，首席执行官马斯克说，特斯拉与松下达成协议，将建造一座耗资约50亿美元的超级锂离子电池厂。
当特斯拉MODEL S在高速公路上飞驰的时候，各方对三元锂电池的关注度也以几何级数飞增。
三元聚合物锂电池#e#
是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯，在笔记本电池领域广泛被使用。
“用苹果和安卓（智能手机）的都是好孩子，因为每天必须按时回家„„充电。”这个流传甚广的段子不仅调侃了当下人们对电子产品严重的依赖性，更有意思的是，它还折射了一种科技界的流行症——对电池容量小、充电次数频繁的焦虑。
焦虑症蔓延的时候，特斯拉出现了，还带来一个救星：三元锂电池。
“旋风”突袭之前，有关电池以及充电问题的讨论被不断放大，篇幅远远超过特斯拉汽车的其他性能。但很快，当特斯拉最知名车型MODEL S采用三元锂电池（即以镍钴铝三元材料为正极材料的锂电池）的消息传出，整个电池业豁然开朗。
大而化小。这款应用于电动汽车的技术，适时缓解了从智能手机到可穿戴设备，甚至充电宝等小型电子产品的“充电焦虑症”。锂电池，也正式迎来三元材料时代。
正极材料 锂电池之心
我们的手机里、手表里、平板电脑里，锂电池无所不在。
这种在当代被广泛应用的产品，据考证灵感最早来源于爱迪生。他曾使金属锂和二氧化锰发生作用，产生放电反应。
经过这么多年的技术发展和改进，今天，一颗合格锂电池的基本组成包括外壳、正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。其中，正极材料对于锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等起着决定性作用，占锂电池成本的40%，其技术发展也变得尤为关键。
目前，主流的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看，上述主流正极材料的表现各有千秋，这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。
但无论如何，对锂电池而言，钴金属是必不可少的材料。
不过，金属钴一方面价格高昂，一方面存在毒性，无论技术领先的日韩企业还是国产电池厂商近年来都致力于电池“少钴化”。
在这种趋势下，以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。从化学性质角度出发，三元材料属于过度金属氧化物，电池的能量密度较高。
尽管在三元材料中，钴的作用仍不可缺少，但质量分数通常控制在20%左右，成本显著下降。而且同时兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。
随着近年来国内外厂商不断加码生产，以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已十分明显。
大到电动汽车，小到智能手机、可穿戴设备或者充电宝，这种新型技术都完全适用。特斯拉大手笔 三元材料迎高峰#e#
在特斯拉之前，各界对三元材料知之甚少。
直到特斯拉宣布在其风靡全球的高端跑车MODEL S车型上采用三元材料作为电池正极材料，这一技术才渐渐被广泛认可。如今俨然已是未来动力电池的发展方向。
公开资料显示，特斯拉MODEL S续航里程能够达到486公里，电池容量达到85kWh，采用了8142个3.4AH的松下18650型电池。工程师将这些电池以砖、片的形式逐一平均分配最终组成一整个电池包，电池包位于车身底板。
任何事物都有两面性。尽管镍钴铝能量密度高，但由于镍钴铝的高温结构不稳定，导致高温安全性差，且pH 值过高易使单体胀气，进而引发危险。
最终，特斯拉通过有效的电力管理系统解决了三元锂电池的安全性问题，并使单位成本却远低于其他电动车型，大约为416美元/kWh。
特斯拉7日称，该公司已与日本松下公司签署共建超级电池厂的意向书，这项工程可望下月动工。
特斯拉今年2月宣布，为适应量产电动车的需求，将建造一座耗资约50亿美元的超级锂离子电池厂，预计将满足特斯拉年产50万辆电动车的需求，电池组每千瓦时的成本将降低逾30％。
特斯拉7日发布今年第一季度财报，首席执行官马斯克表示，特斯拉与松下就共建超级电池厂签署了意向书，双方已组建电池生产的研发团队。
松下目前是特斯拉的主要电池供货商。根据双方2011年签署的协议，松下在4年内为特斯拉提供6．4亿块汽车级锂离子电池。这一供货量后来又增加到18亿块。
关于电池厂的最终选址，特斯拉尚未敲定，备选地包括亚利桑那、内华达、新墨西哥、得克萨斯以及加利福尼亚等5个州。马斯克表示，为最大限度减少延期风险，特斯拉将在至少两个地点建电池厂。
特斯拉在最新财报中说，全球市场对Models全电动汽车的需求增长较快，公司今年将交付3．5万辆。目前特斯拉的生产能力是每周近700辆，今年年底有望增至每周1000辆。松下曾在2010年向特斯拉投资3000万美元，成为其股东之一。并且于2011年达成战略协议，将负责特斯拉今后5年全部车辆的电池供应。
电池行业人士告诉记者，鉴于特斯拉和松下在三元材料电池方面的合作，再加上特斯拉建设超级电池厂这一大手笔。未来，三元材料电池将进入一个全新的发展高峰。
值得注意的是，除了特斯拉MODEL S，有消息称雪佛兰Volt 沃蓝达汽车采用的是LG化学提供的三元正极材料电池。电池保质期达到8年，行程可达16万公里左右。2011年，雪佛兰Volt 沃蓝达从位于上海金桥的通用汽车中国总部出发，途经多种路况，完成了约248公里省道的不间断行驶，也在一定程度上证明了这种电池高效的性能。
“虽然国内电动车厂商（比如比亚迪）主流观点仍是坚持采用磷酸铁锂（材料制造商如天津斯特兰科技）电池，但也有部分电池厂商明显踏上了追随日韩企业的步伐，把重点对准了三元材料。”有研究人士说。
可以预见，未来随着电动汽车的普及，三元材料的需求量必将进一步上升。而且，三元材料还将在复合电池材料中占据一席之地，以更好地平衡成本和性能。
日韩技术领先 国内企业忙追赶
从全球范围来看，各方对三元材料的研发生产都在不断推进。在这个过程中，材料性能大幅提升，应用领域也一再拓展。
2009年8月，美国总统奥巴马宣布用24亿美元支持企业发展“下一代”电池和电动车计划，三元材料电池生产企业被纳入补贴范围。
2012年2月，我国工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中，提出到2015年将新增正极材料产能4.5万吨/年，将组织开发包含高效率、大容量、长寿命、安全性能能的镍钴锰三元系电池正极材料。
不过截至目前，高端三元材料生产技术主要集中在日韩企业中。一些知名电池厂商从2010年就开始全面使用三元材料。
有资料称，日本的三元材料电池性能甚至已接近于钴酸锂电池。能得到特斯拉的青睐，也证明了日本厂商提供的三元材料具备高品质。
从供应角度来看，日亚化学、韩国L&F、比利时UMICORE这三家公司是全球锂电池正极材料主要供应商，2012年上述3家企业市场份额合计为36%。
国内三元材料生产从2005年左右起步，截至目前也已出现了10家左右规模企业，其中不乏上市公司。
不少企业长期与日韩电池企业保持上下游合作关系，也有企业获得美国3M公司授权代工，总体而言，这些企业在三元材料技术制造和应用领域方面仍面临较大的局限，几乎没有产品面向动力电池领域，难与日韩企业正面对抗。
最近一则新闻显示，中国企业终于也开始涉足动力电池领域。再生资源龙头企业格林美近日公告称，该公司控股子公司江苏凯力克钴业股份有限公司以现金5298.2万元收购清美
化学株式会社、长濑产业株式会社、上海信铭国际贸易有限公司合计持有的清美通达锂能59%的股权。
而清美通达锂能研发的重点方向就包括三元正极材料。而公司高管不久前曾透露，镍钴锰三元电池材料项目已在进行中，并且看好三元材料在新能源汽车领域的应用。
第二篇：石墨烯
石墨烯的坚韧和导电氧化铝陶瓷
摘要：
一个简单、快捷而且可升级的方法描述生产石墨烯/氧化铝（G / Al2O3）复合材料的放电等离子烧结（SPS）与显著改进单片氧化铝的机械和导电性能。氧化石墨烯（GO）与使用氧化铝混合胶方法获得的GO的优异分散在氧化铝基质中。该物质通过的SPS，允许一步巩固在烧结过程中原位还原GO的。详细的拉曼分析被发现是非常有用的，研究的方向是石墨烯复合和来评估和优化其热还原。石墨烯小片担任弹性桥梁避免裂纹扩展和提供这种材料裂纹桥加固机制。一个非常低的石墨烯负载（0.22％重量），导致氧化铝50％的改善，增加的电导率高达8个数量级的机械性能。
关键词：石墨烯;混杂复合材料;电气性能;机械性能;拉曼光谱
1、简介
先进陶瓷材料有很大的潜力来解决很多与高科技材料相关的挑战与应用，如加工工业，发电，航空航天，交通运输和军事应用。他们大多数都要求向很复杂的形状和高精度的组件发展，这对于高硬度的陶瓷材料特别具有挑战性。此外，煤焦陶瓷材料动低的感画断裂韧性限制他们的应用。不过陶瓷材料的补强导电在第二阶段出现了一个有趣的替代方案用以解决这些缺点。
从制造形状复杂的硬质材料的部件开始放电加工（EDM）可能是一种有效的替代方案，但一定的电导率(>0.3-1Sm-1)是必须的。以前的研究已经表明，如果电阻率低于100厘米，电火花可以成功地应用于机器的陶瓷材料，包括单相陶瓷和陶瓷/陶瓷和金属/陶瓷复合材料。经过尝试发现，增加电陶瓷材料，可以使电导率适合用于电火花加工操作。在这些陶瓷材料中，氧化铝（Al2O3）是技术应用中一个非常有趣的材料。然而，在EDM时，由于拥有绝缘体字符，它需要一些电导率。另外，理想状态下第二阶段的掺入也可能导致机械性能的改善，特别是其断裂韧性。
碳材料和特殊的纳米碳材料，由于其优异的导电性能和高宽比，是非常好的候选材料。碳纳米纤维很有意思是因为它们的高宽比可以使绝缘基质的掺入量相当低。因此，低填料含量依然可以得到导电性复合体同时保持机械性能。同样，碳纳米管（CNT）是加固材料陶瓷基质潜在的大范围的应用材料。碳纳米管已添加不同的陶瓷基质，以改善电气和机械性能。尽管如此，研究人员还是面临着在基质中分散碳纳米管的难度，这也是很常见的限制之一。贝尔蒙特和同事报道过多壁碳纳米管/氮化硅复合材料，这是在第二阶段通过加入5.3wt％的14sm-1的电导率而获得的，足以能够形成在采用EDM技术的纳米复合材料。大部分的工作汇报显示陶瓷碳纳米结构复合材料是一维掺入材料。这些填料的高长度/直径比允许与具有相对低含量的逾渗阈值和等轴填料比较。然而，在最近几年，石墨烯令人印象深刻的性能的出现，引发了研究者们越来越多的兴趣。此外，该二维（2D）石墨烯的性质可有助于改善大范围材料的电性能和机械性能，如无机纳米复合材料，聚合物复合材料，有机晶体和生物材料，因为这些材料在碳纳米管相阶层和碳纳米管两者之间有较大的接触。在过去几年中的石墨烯被用于改善陶瓷材料的电气和机械性能。这些公布的报告在第二阶段大多数减少了氧化石墨烯的使用。这些程序的主要缺点是：在碳纳米管的情况下倾向于创建聚集体而导致在基质内的差分散性。
有关于石墨烯/氧化铝复合材料的第一份报告发表于2009年，其中有5％的碳是在室温条件下通过铣削氧化铝和石墨加入到氧化铝基乙醇中。在此过程中，石墨有望脱层。研磨过程的显微结构后复合材料进行了分析和晶粒尺寸被发现是比原料氧化铝的小。一年后，一个现代石墨烯/氧化铝复合材料被一位作者描述。在这种情况下，膨胀石墨作为原料材料并将沿着氧化铝生长达30小时。一旦研磨完成后，SPS被用于制备体积材料。电导率被认为是5709S-1用于与15wt％的石墨烯容量，这是Wang等人在2011年发表了另一个关于例子石墨烯/铝复合材料的例子。在这种情况下，石墨烯氧化物（GO）的分散液加入到氧化铝/水分散体和混合物减少了一水合肼。结果荷兰国际集团的粉末由SPS以产生本体压材料。结果发现，与石墨烯的2％（重量）的氧化铝复合物的结合，断裂韧性增加至5.21兆帕米，比纯的高出53％氧化铝可获得高达172Sm-1导电性的改善。最近，川崎等人的一项战略报告，以合成GO/Al2O3催化剂混合使用的两种滴定方法。SPS烧结后得到的GO/Al2O3复合材料具有103Sm-1导电性了2.35％（体积）的石墨烯浓度。在一个最近出版的刘等人的石墨烯/铝复合材料与石墨烯不同机械性能内容进行了评价。他们报道了增量在抗弯强度30.75％考虑到氧化铝作为参考材料。刘等人获得了关于韧性值的结果，他们采用单边V缺口梁方法发现的4.49兆帕米的最大值为2wt％石墨烯复合材料。
此处我们报告一个一步法和容易向上可扩展的方法来生产放电等离子烧结石墨烯/铝复合材料。两种组分的均匀混合物允许获得的导电性有很大提高和机械性能通过加入极低量的石墨烯（0.22wt％）。一个完整的拉曼光谱研究进行评估和优化石墨烯和减少SPS热，首次在这些类型的材料中分析复合材料内的石墨烯取向。通过场发射扫描电子显微镜研究氧化铝和氧化铝/石墨烯的裂纹扩展、对复合材料进行比较和氧化铝基质中的石墨烯的小片加固机制。
2、材料特性与表征方法 2.1复合制剂。
用胶体方法来制备GO/Al2O3粉末。将40克氧化铝泰美TMDAR粉（150nm）分别加入到100毫升水中，其中通过加入NH4OH将pH值预先固定至10。连续搅拌30分钟使氧化铝分散。一般石墨烯氧化物是由Hummers改性理论合成.所得单层的GO薄片可以在图中观察到。水悬浮GO的三种不同含量（1、2、3g/L）时，逐渐加入40克的氧化铝悬浮液在机械搅拌下和将pH值保持在10后多相凝结的过程中，除去上清液通过离心将所得的GO/Al2O3的浆料进行冷冻、干燥，将得到的粉末引入到20毫米的真空放电等离子烧结石墨模具和烧结到1300年和1500◦C在100◦C每分钟,80兆帕的加热速率和1分钟在最高温度的保持时间。高温计已使用期间控制温度加热过程。样品烧结过程中所述SPS炉如图所示.三个盘的直径为20毫米5毫米高度烧结每个石墨烯组合物,标记为n-G/Al2O3.作为参考材料，一整块使用相同的条件烧结的氧化铝复合材料。该复合材料进行粉碎，研磨 并以量化的实际重量百分比的筛分小于63微米石墨烯在1200摄氏度下在空气中通过热重分析，该复合材料发现有下列的石墨烯含量：0.16，0.22和0.45wt％，被分别标记为1-G/Al2O3，2-G/ Al2O3，3-G/ Al2O3催化剂。2.2 复合材料的表征
复合材料的密度的测量采用阿基米德原理。理论密度算出由假设混合物
在烧结单片氧化铝2.2gcm-3的石墨密度和3.96gcm-3的氧化铝已由氦比重测得。和石墨烯/ Al2O3复合材料切成规则为3mm×4mm×18mm尺寸长方形棒用于抗折强度测量（ASTM C1161-02c）。试样条沿着两个方向考虑如何被切断复合材料的制备：垂直和平行于SPS压力施加方向，如图所示。制备3mm×4mm×18mm预裂纹均为了确定断裂韧性（ASTM C1421-10）。试验是在室温下实施，使用十字头为0.002mm-1位移速度的万能试验机（Model8562）。的材料的硬度采用压痕技术与常规的金刚石棱锥压头。每个压痕的对角线进行成像使用光学显微镜。三十对角线进行了测试各组成。下述测定条件为用于维氏硬度（Hv）试验：所施加的载荷2N10S以下的标准规范ASTME92-72。电导率也沿两个方向测量。测试两个样品电阻(3mm×4mm×18mm)使用万用表用银膏接触各组合物从而计算电阻率。
压痕强度测试采用棱柱进行杆，20毫米直径的SPS磁盘机加工。该中心拉伸的面孔被缩进了维氏金刚石在接触载荷，P，9.8和490 N之间的测试进行在室温下使用万能试验机（英斯特朗E10000）。标本被装失败了三点弯曲试验和1毫米/分钟的十字头速度（ISO6872：2008）。作出特别努力来检查所有利用反射光光学显微镜检测标本后，（徕卡，DMR模式），以验证该压痕接触部位充当故障的来源。
R-曲线事由Braun等人采用压痕强度方法得到。此方法是基于形成通过压痕从负载P.产生的径向裂纹C.压痕之后此裂纹经受拉伸应力σa由于在弯曲试验期间施加的应力负荷。这枚测试运行过程中，裂纹发生共应力强度Kt，这是由残余应力强度Ka的总贡献因素作用于压痕裂纹的卸载氪和从所施加的应力而产生的应力强度因子，.ψ是材料常数无关但依赖于裂缝形状，ξ是一个无量纲几何常数 与压头的几何形状和缩进材料的泊松比相关。E是杨氏模量，H是维氏硬度和KR是材料的韧性，并依赖在相关增韧机理和发展裂纹生长期间的处理区。
抛光的微观结构表征（司特尔，型号RotoPol-31）与钻石1微米粗糙度并且热蚀刻（1120◦C，5分钟真空气氛）石墨烯/氧化铝复合材料是由扫描电子显微镜（SEM，FEI广达250 FEG）进行。拉曼光谱分别记录了WITec共焦显微拉曼使用一个532纳米激发激光。截至20光谱沿记录抛光整个复合材料的厚度。
3、结果与讨论
一个众所周知的问题是石墨烯氧化物被直接用作在亲水基质的第二阶段由于其疏水性质是形成聚集体的倾向。因此，碳填料聚集保持为主要原因，对于缺乏均匀性造成的材料性能产生不利的影响。在这种情况下，所得到的浆液的GO/Al2O3的制备如在实验描述的部分中表现出非常良好的分散性，由于这一事实，即两个组件具有极性表面在它们之间有利于静电相互作用。此外，存在的官能团在氧化石墨烯表面可以实现良好的互动与氧化铝表面导致一个更好的分散既GO/Al2O3的组分。浆液被冷冻干燥并将得到的粉末通过SPS处理。所有的复合材料呈完全致密结构（99％TD）以及它们由粗糙的地区的抛光表面，因为它可以分离显示平板领域如图所示。拉曼分析证实亮区和暗区分别相当于氧化铝和石墨烯富集区域。不同的表面形貌可以根据所分析的取向观察：平行或垂直于SPS（图所施加的压力的方向.图2b和c分别）。相同的抛光协议是在使用两个方向。3.1。拉曼光谱
为了评价热还原的石墨烯氧化物的复合，拉曼光谱被认为是一种非常有用的技术.图3a示出了对应的拉曼光谱烧结通过SPS前GO/ Al2O3催化剂粉末。该阶的拉曼光谱表明没有得到很好的解决，D和G频段二阶区可以忽略不计。这些拉曼特性是典型GO的由于阶低程度和SP1、SP2和SP3的杂交结构的组合。达到1300℃的氧化铝通过SPS完全致密化。然而，它通常被观察到，复合材料没有达到完全致密化在该温度下。氧化铝在单片的情况下，增加烧结温度促进晶粒生长，因此对机械性能的改善导致纳米结构的损失。然而，在复合材料的情况下，第二相的存在阻碍了氧化铝晶粒生长。烧结温度1300℃和1500℃之间变化，以评价复合致密化和GO热还原上的影响。由于材料暴露于高温下的GO在热还原开始发生。热还原是一个复杂的过程涉及去除插层H 2 O分子和氧化物基团，形成缺陷，晶格收缩，折叠和展开层和堆垛。此外，该蜂窝状六边形格子被领先回收到一定程度的为更有序材料，这反映在拉曼光谱中。当材料被烧结在1300℃，则D和G峰削尖比较因热退火的效果与原料（图3a）和2D峰出现在~2700cm-1。在1500℃（图3c），强度D带，分配给石墨结构缺陷的特性增加了，而G带减小了。此外，在~2700cm-1很好地解决二维对称的峰值出现。向上20进行测量已经通过了全复合材料的厚度，以证明该热还原发生均匀。结果表明，该热减少（包括大SP2地区的恢复）的氧化石墨烯在1500℃是在SPS烧结过程中的青睐。观察到即使在GO加热仅1分钟最高温度，注意到这降低处理是重要的。此外，拉曼光谱被用来研究在复合材料中的石墨烯的取向。即使拉曼光谱被广泛用于心血管疾病的表征石墨烯片，首先如我们所知，它已被用于研究石墨烯在G / Al2O3复合中的取向。图4显示显着不同的峰值在分析定位强度依赖于所收集的拉曼光谱，指出了该复合材料各向异性结构，在该复合体中的石墨烯的一个择优取向的结果。当在执行分析时拉曼信号的强度是显著降低的，表面垂直于SPS施加的压力的方向（图4a），而强度信号是在更高平行表面（图4b）。以确定拉曼参数得到进一步的深入了解（表1）。典型地D和G峰之间的比值可以用于量化缺陷（障碍）。更高ID / IG比值在取向垂直获得的在SPS施加（1.13 VS 0.83）压力的方向，表示存在较高量的缺陷，连同一个更广泛的FWHM（G）的（全宽度半最大值）（67 VS58cm-1）。该FWHM（G）的值表示的几个石墨烯层通过对石墨的堆叠。它是以前的拉曼分析
确立该边缘面的ID / IG比强度大于所述基底面中的一个，我们可以得出这样的结论：石墨烯基面的择优取向垂直在SPS施加的压力的方向，如图所示。由于这种取向的结果，该百分比石墨烯表面暴露于拉曼测量的是在平行于压力的方向相当高，在SPS施加方向（石墨烯基底面），从而导致一个更高的拉曼强度（图4b）;而在垂直取向，涉及到石墨烯平面的边缘，测量的暴石露于墨烯表面该百分比相当低。
3.2 电导率
作为还原方法，非导电性石墨烯的结果氧化物转化为导电材料。加入甚至非常少量的石墨烯的进氧化铝基质导致导电复合在两个方向上，平行和垂直于中施加的压力的方向SPS于表2所示的如可以预期的，由于复合材料的各向异性的结构，导电性的行为沿这两个方向不同，由于取向石墨烯纳米片。该复合材料显示出较低的电电阻垂直于所施加的压力的方向，在SPS轴由通过链接形成的连续网络接触的石墨烯基面的边缘将作为制备复合材料的渗滤阈值，被发现是0.22wt％左右，由指数表示的电导率比单片氧化铝中增加相高达8个数量级（表2）。电导率还增加时，石墨烯的含量高于逾渗阈值（参见电阻值3-G / Al2O3复合）。这可以通过以下事实来解释：石墨烯含量增大时，有增加的原理图间的连接，导致这种传导的改善沿a-b石墨烯平面（取向垂直在SPS所施加的压力的方向）。此行为是一个相比于碳纳米管使用石墨烯的优点。在碳纳米管的情况下，当超过渗透极限有一种倾向，以形成具有小贡献团块到电导率。此外，虽然CNT之间连接是点对点的触摸类型导致高电阻，石墨烯是连接一个2D材料由区面积触摸式导致的概率增加彼此接触，并且作为结果观察低级电阻率。
3.3 机械性能
单片氧化铝和三种复合材料表现出烧结高达1500℃完全致密化（99％t.d）1分钟后。SEM观察显示，曾有过一个抑制在氧化铝晶粒生长因的存在石墨烯（图5）。原料氧化铝具有150nm的粒度在1500℃烧结之后增加至4nm（如报道别处对于相同的氧化铝和SPS 循环）。然而，该石墨烯存在时抑制了氧化铝晶粒长大，以平均晶粒尺寸小于1nm。然而，观察到高度均匀的Al2O3晶粒尺寸分布作为石墨烯分散体复合材料良好的结果。
在实现氧化铝和三G /Al2O3复合材料的断裂强度和整体的维氏硬度，最后具有一个分别为0.16，0.22和0.45wt％的石墨烯的含量，分别被确定如图6。复合材料的维氏硬度所述的一个是非常相似的氧化铝单片，其特点是具有高的硬度。因此，石墨烯相的良好分散避免了恶化这个非常重要的属性。而且，加入石墨烯带来的断裂强度的重要的增加。因此，50〜80％的氧化铝强度的改进是通过加入不同量的石墨烯得到的。该最好的结果是用低的石墨烯的量，其中得到陶瓷晶粒生长被抑制非常有效，因此最小化石墨烯聚合。
2-G / Al2O3复合物选择用于测量所述断裂韧性沿两个方向平行和垂直于SPS施加的压力的方向。结果表明一个石墨烯桥接作用对在平行测定的断裂韧性比较单片氧化铝时方向发生导致将近50％改进（5.1vs 3.4兆帕米+ 0.5）。在的垂直断裂韧性3.2兆帕米+ 0.5，它类似于该氧化铝2-G / Al2O3得到的值（3.4兆帕米+ 0.5）。由于存在石墨烯的二维小片在平行的方向上的裂纹进展在SPS加的压力方向被阻止。然而，在垂直方向，裂纹可沿氧化铝传播晶界中的相同方式，在单片氧化铝
在单片氧化铝： 其中，A是一个常数，取决于韧性。这个等式是唯一有效的，当压痕引起的裂缝都较大比固有的缺陷，并假定为一恒定值它被表示在图的韧性。然而，当与裂纹的断裂韧性增加延伸（即R曲线行为），该机械阻力值的增加压痕载荷和较不敏感的实验数据不适合公式。
线性回归用于计算两个而获得的数据的最佳拟合，所述单片和复合材料。对于所获得的结果的氧化铝和G / Al2O3材料的斜率值分别为0.18和0.13。首先，应当注意的是，掺入增强相（石墨烯），以该氧化铝上具有的机械强度几乎没有影响，如果在材料的最佳烧结温度相比较，因为它是示于（1300℃为Al2O3和1500℃ 2-G / Al2O3）。该氧化铝的机械强度值是分别590和630兆帕和2-G / Al2O3。复合石墨烯的机械强度是含有类似于单片的氧化铝由于以下事实的小粒径埋置相不超过的临界缺陷尺寸单片材料。此外，差异开始出现缩进加载高于9.8 N高于此值时，复合材料总是具有比的氧化铝更高的机械强度，作为结果为高容限增强材料的损伤。在G /氧化铝材料保留的断裂强度~185兆帕为压痕载荷而对于具有相同缩进氧化铝的价值负荷下降到155兆帕，低了近20％。~490 N，结论，该复合材料的断裂强度下降迅速用压痕负载比单片氧化铝少，它揭示了一种R-曲线在增强材料的存在。
该σf vs.P的数据随后被用来解卷积对R-曲线两种材料，根据Braun等人压痕强度K-场分析说明。以前为ξ参数的值，对于这两种材料从文献已经获得在这项工作中的值。此参数被发现是0.016的任何材料经受体积保变形（如本研究）。在ψ参数的情况下，为单片氧化铝值已经从先前的报告中获得。对于G / Al2O3的复合材料，没有在文献和报道中发现。计算形状系数ψ意味着测量裂纹深度的比率以裂纹半长C表面裂纹其中猜测的评价椭圆裂纹的几何形状。为了一个缺口经过一滴饱和醋酸铅进行溶液沉积在复合材料的表面上。在
压痕，醋酸铅渗入印刷裂缝面孔随后，干燥和断裂试验后，它们可以通过扫描电子显微镜被观察到的。该ψ系数计算从纽曼和Raju的分析和暗示样品厚度t，参数椭圆的角度的测量θ，裂纹深度a和裂纹长度C。最后三个值表示如表所示。
所得的R-曲线已被标绘在图9，他们清楚地显示其G / Al2O3复合相比于单块的Al2O3的较高的抗断裂性。然而，对于氧化铝的最初的抗断裂性大约为3.6 MPa m，这个值仅上升到4.4 MPa m示出一种非常柔软的R曲线行为，它可以由裂纹桥接而引起陶瓷晶粒之间。在这种情况下，这是唯一的机制有助于该材料加固。对于复合材料，在短期的初始断裂韧性裂区域（<100微米）为约4.4 MPa m，其是比在单片材料略高。这表明在短期裂纹区域的石墨烯颗粒开始互动与裂纹萌生的增长。此外，当裂缝传播，有在R-曲线有显着的增加，因为在这种长裂纹区域，石墨烯纳米片有更多的互动与裂纹扩展提供不同的机制增强的断裂韧性。石墨烯纳米片躺在尖端行为背后的裂纹平面韧带桥两个裂纹的表面，它提供了一个稳定的裂纹增长直到稳态韧性约为7 MPa m。
显微裂纹的相互作用进行了调查由维氏压头推出了抛光表面上的裂缝，在对破解路径196 N.SEM观察负荷显示相应的加固机制发生a和b清楚地表明在石墨烯片晶演变作为弹性桥梁避免裂纹扩展，提供了随着裂缝桥接增强机制的材料。所述石墨烯片的高宽比，相比于碳纳米纤维提供了更大的表面积与接触陶瓷基体这导致增加的粘附表面，改善锚定到裂缝的两侧。而且，偏转尖变钝的裂纹也可被观察到。所有这些强化机制向能量耗散关联的裂纹扩展阻止其生长或者创建，以释放一个更曲折的路径应力。因此认为这些机制由于石墨烯片晶的掺入具有比在单块陶瓷材料的影响更大。
4、结论
一种生产石墨烯/氧化铝复合材料具有良好的机械性能和高电导率，并且具有非常低的石墨烯含量的新的一步法已被找到。石墨和氧化铝的胶体加工路线粉末允许准备两种成分的均匀混合物。
一种15 Ω cm极低电阻率，8个数量级比该氧化铝原料的低级（109Ω cm）已经完成通过加入一个非常低的石墨烯装载（0.22wt％）。石墨烯的存在提高了原料氧化铝的近50％机械性能，特别是明显的改善断裂韧性。裂纹桥接被认为是主要的加固机制。该石墨烯/铝复合材料的R曲线的变化是确定的。拉曼光谱已经在第一时间被用于详细研究，我们所知石墨在石墨烯/氧化铝复合材料的取向，并评价和优化在原地石墨烯SPS热还原法。
在复合材料制造过程中，材料的烧结和GO热还原同时发生，导致这些类型的材料处理时间显著减少。很明显的是，这种简单的方法可以很容易扩大规模，另外，实施于其它陶瓷材料。
从这些结果可以得出结论，石墨烯具有巨大的潜力，不仅为客户提供了新的导电功能氧化铝，但也提高了机械特性如在非常小的负荷下的硬度和断裂强度。
第三篇：石墨烯前景
2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一；
十二五规划
石墨烯是新材料中最为“时髦”的一员。它具有超硬、最薄、负电子的特征，有很强的韧性、导电性以及导热性。这使其能够广泛应用于电子、航天、光学、储能、生物医学等众多领域，拥有巨大的产业发展空间。
因此，石墨烯在2004年被发现后就迅速引发全球范围内的研究热。近年来我国在石墨烯研发应用方面的研究不断加强，各地政府和有关机构加大力度扶持和推动石墨烯产业化发展。
2013年6月，内蒙古石墨烯材料研究院正式成立。这是我国首个与石墨烯材料相关的综合性研究机构和技术开发中心。
2013年7月13日，在中国产学研合作促进会的支持下，中国石墨烯产业技术创新战略联盟正式成立。该联盟已向有关部门上报了无锡、青岛、宁波、深圳四个地方，作为石墨烯产业研发示范基地。江苏省、山东省等省级石墨烯联盟已于2013年陆续成立。
2013年12月18日，无锡市发布《无锡石墨烯产业发展规划纲要》，规划建立无锡石墨烯产业发展示范区和无锡市石墨烯技术及应用研发中心、江苏省石墨烯质量监督检验中心。力争把无锡市打造成国家级石墨烯产业应用示范基地和具有国际竞争力的石墨烯产业发展示范区。
2013年12月20日，宁波年产300吨石墨烯规模生产线正式落成投产。
与此同时，上海浦东新区也正筹备建立临港石墨烯产业园区，并力争国家石墨烯检验监测中心落户浦东。
石墨烯产业遍地开花。据记者了解，目前，无锡市已设立2亿元专项资金，通过补贴、配套、奖励、跟进投资、股权投资等方式，进一步扶持石墨烯产业发展；宁波为了扶持石墨烯产业发展，也拿出了千万元以上的扶持资金。业内人士表示，作为一种理想的替代型材料，石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿元以上。
推进产业结构优化
第四篇：石墨烯学习心得
石墨烯学习心得
最近这段时间断断续续搜集了很多纳米材料、半导体物理还有石墨烯的相关资料，主要是来自万方数据网、超星学术视频网站、百度文库还有一些相关网页博客资料。了解到了很多之前闻所未闻的知识，比如“纳米材料的神奇特性、纳米科技潜在的危害”等等。
对于石墨烯，主要有如下几方面不成熟的想法，还望老师您来指正。
（一）在石墨烯新奇特性以及宏观应用预测方面
有人认为，石墨烯的这些新奇的特性以及预期应用并不能推广到宏观尺寸。
第一是认为很多实验数据都是来源于对微纳米级单层石墨烯的实验研究，不能把纳米微米级观察和测试到的数据无限夸大到宏观应用；
第二是认为单层悬浮石墨烯的特异性是依靠其边界碳原子的色散作用而稳定存在，大面积的单层悬浮石墨稀不可能稳定存在。第三是认为目前的大面积石墨烯的应用实例存在相当大的褶皱以及碳原子缺失。因而否定很多2010年诺贝尔物理奖的公告中对于石墨稀的宏观应用预测，并主张继续深入石墨烯微观性能研究，比如半导体器件等研究。
我想：我们最好还是不能放弃石墨烯在宏观尺度上应用的希望，应该尽最大努力用各种手段去克服所谓的褶皱、碳原子缺失等等导致石墨烯性质不能稳定存在的负面因素，比如采用衬底转移（CVD）的方式所制大面积石墨烯透明电极尺寸的方法（虽然制得的石墨烯还有很多的缺陷，但至少证明大面积石墨烯还是有可能稳定存在并最终为我们所用的吧，毕竟有宏观实际应用的材料才更有可能是有发展前景的新型材料）。
（二）在石墨烯制备工艺方面 我们知道，石墨烯非常有希望在诸多应用领域中成为新一代器件，但这些元件要达到实际应用水平,还需要解决很多问题。那就是如何在所要求的基板或位臵制作出不含缺陷及杂质的高品质石墨烯,或者通过掺杂(Doping)法实现所期望载流子密度的石墨烯。用于透明导电膜用途时能否实现大面积化及量产化,而用于晶体管用途时能否提高层控制精度,这些问题都十分重要。今后,为了探寻石墨烯更广阔的应用领域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用。
（三）石墨烯在纳米存储器上的应用前景
传统的半导体工艺技术已逐渐逼近物理极限，难以大幅度提高存储器的性能，越来越难以满足人们对存储器的要求，要想有突破性的进展，就必须另辟蹊径，寻找新的原理和方法。
第一是因为传统半导体存储器存在容量小数据易丢失等弊端。第二是因为现代化信息爆炸社会迫切要求新型的大容量存储器的出现。
第三因为是人们对信息存储的安全性要求越来越高。最后，假如纳米存储技术能够实现的话，届时我们电脑中的存储设备也许会以PB为单位计算，而因存储介质损坏导致数据丢失的烦恼也将远离我们。所以我觉得：要是可能的话，以石墨烯为介质的存储器，应该是一个不错的研究方向。
第五篇：石墨烯调研报告
石墨烯调研报告
2016年3月4日
程毕康
1.石墨烯
石墨烯是一种可以单独存在的单原子层二维碳材料。石墨烯结构是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维的富勒烯(fullerene)，卷成一维的碳纳米管(carbon nano-tube，CNT)或者堆垛成三维的石墨(graphite)，因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。二维石墨烯结构可以看做是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。石墨烯可以分为单层石墨烯，双层石墨烯和多层石墨烯。
2.石墨烯性能
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远高过了电子在其他导体中的运动速度。石墨烯具有远远高于其他材料的导电性。
另外石墨烯透光率极高，在97%以上，只吸收2.3%的可见光。石墨烯实际上是一种透明、良好的导体。
石墨烯每个碳原子与相邻的三个碳原子行程三个C-C键，这些C-C键使得石墨烯具有优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的理论比表面积高达26.600m2/g,从而使石墨烯具有突出的力学性能和导热性能。石墨烯是人类已知强度最高的物质。
石墨烯的化学性质和石墨类似。碳材料具有很强的吸附性，石墨烯也能够吸附和脱附各种原子和分子。
石墨烯是宽带隙半导体，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质。3.石墨烯的应用
由于石墨烯具有以上优异的性能使得石墨烯的是21世纪前景广阔最广阔的材料。目前石墨烯最主要的应用有：材料科学、电子科学、催化剂载体、生物医药学等领域。
纳电子器件
常温下石墨烯具有10倍于硅片的高载流子迁移率，并且受温度和掺杂效应的影响很小。表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性，这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。另外，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能，使探索单电子器件成为可能。
利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率，并且提高电池容量。新型石墨烯材料将不依赖于铂或者其他贵金属，可有效降低成本和对环境的影响。
美国俄亥俄州Nanotek仪器公司实验人员利用锂离子可以在石墨烯表面和电极之间大量快速穿梭的特性开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数小时缩短到不到一分钟。
代替硅生产超级计算机
科学家发现石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料，石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊，一些电子设备，由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，它被要求使用越来越高的频率，然而工作频率越高，热量也就越高，于是高频的提升受到很大限制。石墨烯的出现，使高频提升的发展前景变得无限广阔。这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。光子传感器
石墨烯还能够以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在这个角色还是由硅担当，石墨烯的出现使硅的时代就要结束。IBM的研究小组已经披露了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏。用它制造的电板比其他材料具有更优的透光性。
生物医学领域
石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA 和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA 测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。
能源存储
材料吸附氢气量和其比表面积成正比，石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点，使其成为储氢材料的最佳候选者。
吸声材料
美国IBM宣布，通过重叠两层相当于石墨单原子层的“石墨烯”试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f。石墨烯试制成功了相同的晶体管，不过与预计的相反，发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合，从而控制噪音。
超轻防弹衣、超强光转换效率激光武器、超薄超轻型飞机、超薄能折叠的手机、高强度航空材料、高性能储能和传感器、超级电容器，甚至更富想象力的太空电梯，越来越多基于石墨烯材料的未来设备进入科学家的研究视野。4.石墨烯制备
前石墨烯的制备工艺可分为物理法和化学法。物理法是从具有高晶格完备性的石墨或类似材料中获得，石墨烯尺度都在80nm以上。物理法包括：机械剥离法、加热SiC法、爆炸法和取向附生法。化学法是通过小分子合成或溶液分离的方法制备，石墨烯尺度在10 nm以下。化学法包括：电化学法、化学气相沉积法、石墨插层法、球磨法、氧化石墨还原法、热膨胀剥离法。
5.石墨烯复合材料
石墨烯应用广阔，但是应用和研究最多的是石墨烯复合材料。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上。随着对石墨烯研究的深入，石墨烯增强体在块体金属基复合材料中的应用越来越受到重视。石墨烯具有优异的导电、导热和力学性能，可作为制备高强导电复合材料的理想纳米填料，同时分散在溶液中的石墨烯也可与聚合物单体相混合进而经聚合形成复合材料体系，此外石墨烯的加入可赋予复合材料不同的功能性，不但表现出优异的力学和电学性能，且具有优良的加工性能，为复合材料提供了更广阔的应用空间。与纯的聚合物相比，石墨烯/聚合物复合材料的力学、热学、电学和阻燃性能均有显著提高，同时，石墨烯增强的聚合物复合材料的力学和电学性能均较黏土或者其他炭材料增强的聚合物基复合材料的性能优异。
石墨烯聚合物复合材料
根据石墨烯与聚合物的作用方式不同可分为石墨烯填充聚合物复合材料﹑层状石墨烯聚合物复合材料和功能化聚合物复合材料。石墨烯/聚合物复合材料的制备主要采用共混法，它通过聚合物与石墨烯纳米粒子共混后制成。
石墨烯/无机物复合材料
石墨烯/无机物复合材料是无机纳米材料（金属纳米材料、半导体和绝缘纳米材料）在石墨烯纳米层表面形成石墨烯衍生物。石墨烯与特定功能颗粒结合，使其在催化剂、光学等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯/金属复合材料
石墨烯与聚合物、陶瓷复合时会出现良好的性能。此外，当石墨烯与金属复合时，也会表现出独特的性能。石墨烯比表面积大，可在其片层上修饰金属纳米粒子，即对石墨烯进行表面改性，使石墨烯的性质发生改变。另一方面，石墨烯可作为增强体添加到金属基体中，起到弥散强化的作用。金属在塑性变形时，石墨烯粒子能够阻碍位错运动，增加金属的抗拉、抗弯强度、硬度等机械性能。
总之石墨烯复合材料大大拓宽了石墨烯的应用领域。目前石墨烯和石墨烯复合材料的制备与研究尚未成熟，尤其是关于石墨烯复合吸声材料、润滑、生物医药等领域有待探索。
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