改性石墨烯的制备及其超疏水性能研究.docx

改性石墨烯的制备及其超疏水性能研究
改性石墨烯的制备及其超疏水性能研究
摘要：石墨烯由于其独特的二维结构和优异的性能，近年来引起了广泛的研究兴趣。本文主要介绍了改性石墨烯的制备方法以及其在超疏水性能方面的研究进展。改性石墨烯通过表面修饰或结构调控，能够在其表面形成类似“莲叶效应”的超疏水性能，具有广泛的应用潜力。本文总结了改性石墨烯的制备方法，从化学修饰、物理改性和结构设计三个方面进行了系统的概述；并综述了石墨烯超疏水性能的研究现状，分析了其作为超疏水材料在液滴形态和液滴动力学等方面的应用。最后，探讨了未来改性石墨烯超疏水性能研究的发展趋势。
关键词：石墨烯；改性石墨烯；制备方法；超疏水性能；应用
引言
石墨烯是由碳原子排列形成的二维晶格结构材料，在厚度为单层的情况下，具有优异的导电性和导热性能，以及高比表面积和机械强度。因此，石墨烯具有广泛的应用前景，如电子器件、传感器、储能材料等。然而，石墨烯的亲水性限制了其在一些特殊环境下的应用，例如防水和自清洁等领域。为了扩展石墨烯的应用范围，人们对其进行了改性研究，尤其是在超疏水性能方面的探索。
一、改性石墨烯的制备方法
目前，改性石墨烯的制备方法主要包括化学修饰、物理改性和结构设计三个方面。
1.化学修饰
化学修饰是通过在石墨烯表面引入功能基团或改变其化学组成，从而实现超疏水性能的改善。常用的化学修饰方法包括氧化还原法、氟化法、硅烷化法等。例如，石墨烯氧化还原后，表面的羟基和羧基可以与有机硅化合物反应，形成疏水性较好的硅烷化石墨烯。
2.物理改性
物理改性是通过改变石墨烯的形态或结构，进而增强其超疏水性能。常用的物理改性方法包括石墨烯包覆、纳米结构引入等。例如，将石墨烯包覆在聚合物基底上，形成具有蜂窝状结构的石墨烯复合材料，可实现超疏水性能的提高。
3.结构设计
结构设计是通过调控石墨烯的微观结构或构建相应的纳米结构，实现超疏水性能的提升。常用的结构设计方法包括纳米柱阵列、纳米线阵列等。例如，将铂纳米颗粒修饰在石墨烯表面，形成纳米柱阵列，可有效提高石墨烯的超疏水性能。
二、石墨烯超疏水性能的研究现状
石墨烯作为超疏水材料，具有许多优异的性能和应用潜力。石墨烯表面的“莲叶效应”使得水珠在其表面上形成几乎球形的形态，具有超低接触角和超高接触角滚动角等特点。这些特性使得石墨烯在液滴形态、液滴动力学和表面波动等方面具有广泛的应用，如自清洁材料、液滴传感器等。
三、改性石墨烯超疏水性能研究的发展趋势
未来改性石墨烯超疏水性能研究的发展趋势主要有以下几个方面：
1.制备方法的优化与改进：目前改性石墨烯的制备方法仍然存在一些问题，如工艺复杂、成本高等。因此，未来需要进一步优化和改进制备方法，提高制备效率和降低成本。
2.多功能性能的研究：除了超疏水性能外，未来的研究还可以进一步探索改性石墨烯的多功能性能，例如超导性、光学性能等。这将拓宽石墨烯的应用领域，并有助于提高其在超疏水性能方面的应用效果。
3.应用的拓展与深入研究：石墨烯作为超疏水材料，在领域上具有广泛的应用前景。未来的研究需要进一步拓展其在自清洁材料、液滴传感器等领域的应用，并对其应用进行深入研究。
结论
本文综述了改性石墨烯的制备方法以及其在超疏水性能方面的研究进展。石墨烯的超疏水性能提供了新的可能性，可以在液滴形态和液滴动力学等方面应用于自清洁材料、液滴传感器等领域。未来的研究需要进一步优化制备方法、拓展其多功能性能，并深入研究其在应用方面的潜力。
参考文献：
1.Bian,Z.,Jiang,L.,&Jing,Q.(2015).Superhydrophobicandsuperhydrophilicgraphenenanosheets:anoverview.JournalofMaterialsChemistryA,3(5),19290-19300.
2.Wang,J.,&Sun,H.(2016).Grapheneasanemergingnanomaterialforadvancedsuperhydrophobicmaterials.MaterialsToday,19(3),152-163.
3.Li,X.,Yu,J.,Bai,H.,&Wang,Y.(2017).Reviewofsuperhydrophobicmaterialsbasedongraphenesubstrates.JournalofMaterialsScience,52(5),2185-2205.
4.Xian,F.,Yang,Z.,Yu,Q.,Zhang,Y.,Bao,C.,&Liu,J.(2018).Superhydrophobicityandoleophobicityofreducedgrapheneoxidefilmsmodifiedbypentafluorobe