石墨烯因其獨特的光、電、磁、力學與量子特性被公認爲是繼碳納米管後又一令人關注的碳納米材料。下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：綜述了石墨烯/納米銀複合材料的製備方法及應用，討論了其在導電、導熱和生物醫學等方面的應用，展望了石墨烯/納米銀複合材料的研究方向和發展前景。
關鍵詞：石墨烯;複合材料;納米銀;製備及應用
石墨烯作爲一種由單層單質原子組成的六邊形結晶碳材料，其特殊性能的應用一直是近幾年研究的重點。但是石墨烯的生產效率低，需經常將其進行改性，達到以較少的添加量獲得更好性能的目的。其中，納米銀的出現在一定程度上擴大了石墨烯在導電[1]，導熱方面的應用。而且納米銀的生產效率高，很好地解決了石墨烯/納米銀的生產問題，爲石墨烯在諸多技術領域的應用拓展了[2]空間。金屬粒子由於含有自由移動的電子和極大的比表面積，在導電性和導熱性方面有着出色的表現。而納米銀顆粒，納米銀棒，納米銀線則可以在複合基體中形成網絡通路，提高材料的導電性和導熱性。
一、石墨烯/納米銀複合材料的製備方法
目前，石墨烯摻雜納米銀複合材料可以根據納米銀的形貌特徵分爲石墨烯/納米銀顆粒複合材料和石墨烯/納米銀線複合材料。納米銀的加入使得石墨烯複合材料的導電性和導熱性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。
1.1機械共混法
機械共混法可分爲攪拌法和熔融共混[4]法。劉孔華利用攪拌法制備得到石墨烯/納米銀線雜化物，在50℃下攪拌，升溫至210℃，最後降至常溫得到石墨烯/納米銀線雜化物。熔融共混法是利用密煉機或者擠出機的高溫和剪切作用力下將石墨烯、納米銀和基材熔融後，共混得到石墨烯/納米複合材料。該方法用途廣泛，適用於極性和非極性聚合物和填料的共混。並且納米銀的燒結溫度在180℃，對於納米銀顆粒可以燒結形成一定規模的網絡結構。此方法制備的複合材料所需時間短，且納米銀線是單獨製備，所以可以單獨控制納米銀線的長度和長徑比。但是由於是機械共混，納米銀在石墨烯材料中的分散性不是很好，且容易發生團聚，達不到形成大量網絡結構的目的。
1.2化學還原法
化學還原法是目前比較常見的將金屬納米粒子附着在石墨烯表面的方法。其主要是透過在石墨烯表面化學還原一些金屬前驅體，經常伴隨原位複合法和溶液插層法。鄭[5]璐等以聯胺爲還原劑製得納米銀插層的石墨烯。附着在石墨烯表面的銀的粒徑在20[6]nm左右。王宇鵬等運用檸檬酸鈉作爲還原劑製得水溶性石墨烯/納米銀線雜化導電體。此方法得到的附着納米銀線直徑在40nm左右，長度在2μm，銀線斷面呈現規則的立方[7]體結構。Mislav等在鹼性條件下，利用肼還原銀離子，3步法制備納米銀棒附着的石墨[8]烯。Hooman等對石墨烯先進行酸處理，再將納米銀線與石墨烯按照質量比1∶6比例混合攪拌，得到納米銀石墨烯複合材料。該方法制備的複合材料中，納米銀線分散均勻，且長徑比較大，一次製備所得產物較多，實驗過程穩定，可隨時觀察反應狀態，是目前較爲實用的方法。
1.3無溶劑微波
加壓法微波輻射法是利用微波反應器產生的快速且大量的熱量促使銀鹽的分解。而且石墨烯具有很好的吸收微波的能力，使得銀顆粒可以在短的.時間裏附着在石墨烯表面。同時，因是無溶劑，得到的產物產率相比於普通溶劑得到的產物有較大的提升，但是實驗需要透過對環境施加額外的壓力，才能達到試驗條件。[9]Lin等用一個典型的反應方式將銀顆粒附着到石墨烯表面。試驗結果表明，微波處理時間對銀顆粒的粒徑存在影響。而且由於石墨烯是層狀材料，可反應的面積大，相比於碳納米管，石墨烯表面附着的銀顆粒粒徑較小。並且由於銀顆粒的附着使得石墨烯的表面硬度得到增加。這種方法不需要溶劑溶解且反應時間短，納米銀在石墨烯表面分佈也較爲均勻，可以得到足量的產物。但是實驗儀器較爲苛刻，實用性較低。同時石墨烯會吸收一定的微波功率，反應過程存在不確定因素和安全問題。目前，使用此類方法制備石墨烯/納米銀複合材料不是很廣泛。
1.4溶劑熱懸塗法
[10]溶劑熱懸塗法是一種利用溶劑的溫度配合晶核在一定溫度下沿某一固定晶面生長[11]的方法。徐士才採用溶劑熱懸塗法，利用氯化銀爲晶核，甲醛將銀離子還原爲銀單質，製備得到長度爲30μm，直徑爲20～50[12]nm的納米銀線。Dinh等用VitaminC在N/H條件下製備石墨烯/納米銀複合材料，將22納米銀線懸塗在石墨烯表面。該方法具備了化學還原法的穩定性和無溶劑微波加壓法的高效性，並且可以得到超長納米銀線。
二、石墨烯/納米銀複合材料的應用
目前，雖然石墨烯是優良的導電納米材料，但是生產成本高，且提升石墨烯本身導電導熱能力由石墨烯的厚度決定，所以有一定的侷限性。因此，銀的導電導熱能力都很出色，且成本不太高，可以很好地解決上述問題。同時，銀線的生成在石墨烯中可以提[13]供良好的導電通路，大幅降低材料電阻。
2.1導熱性能應用
在衆多散熱硅脂中，銀含量是衡量散熱硅脂性能的一個重要指標。同時，石墨烯也具備很好的導熱能力。因此將銀表面附着或者插層能夠很好地提高材料的導熱性能。[8]Hooman等在40℃條件下，加入0.1%的石墨烯/納米銀複合材料，熱導率提高22.22%。
2.2導電性能應用
在如今高科技年代，人們對電子領域的要求越來越高，其中石墨烯和納米銀線製備[14]的透明電極和透明導電膜等得到了廣泛關[15，16]注與發展。Liu等利用石墨烯和納米銀的高透過率和高效的光催化能力，成功研製[17][7]出透明電極。Mislav等研究發現，在高電場環境下，石墨烯/納米銀複合物的臨界電[18]流密度得到提高。Lee等研究製備了可見光透過率爲94%，表面電阻爲33Ω/sq的可延伸電極。
2.3光學性能應用
納米銀可以作爲表面增強拉曼光譜(SERS)的基質。同時，由於納米銀擁有靈敏的非線性光學響應，可用來製備光學電器件。目前，SERS的增強機理主要有電磁增強[19]機理和化學增強機理。張太陽等製備了聚苯乙烯/石墨烯/納米銀複合材料和層析硅膠/石墨烯/納米銀複合材料，均發現拉曼光譜[20]G峯和D峯有明顯增強。Lu等將納米銀/石墨烯複合材料作爲SERS基底，可實現對芳香族[21]分子的檢測。Kumar等降低了對鄰氨基苯硫[22]磺和三聚氰胺的檢測限，Ren等使得對葉酸的檢測低至9nmol/L。
2.4其他性能的應用
[23]在生物應用方面，Lu等研究發現了銀納米粒子在基體材料上的附着可以實現對血糖和HO的檢測。其作爲傳感器具有高效，靈22敏，可靠的特點，並在臨牀醫學，食品安全[24]和環境質量檢測中發揮重要的作用。同[25]時，銀的加入也增加了材料的抗菌能力。[26]Chen等成功實現了對DNA分子的無標記測[27]量。Kim等製備了高性能的蛋白質傳感器。[28]Bae等成功製備了石墨烯透明觸摸屏。
三、結語
[29]石墨烯作爲世界上最薄的二維材料，擁有極高的比表面積，理論上可以負載各種[30]分子，但由於石墨烯製造的侷限性影響了應用範圍。熔融共混，化學還原，無溶劑微波加壓等多種方法制備的石墨烯/納米銀複合材料在提高石墨烯導熱導電性，生物應用性方面展現出重大科學意義和應用價值。其中，納米銀線在石墨烯中形成的網絡結構，會大幅提高複合材料的性能。銀線的使用也使複合材料的硬度得到一定提高。此外，其[31～34][35，37]他金屬納米離子或者金屬氧化物也可以成爲製備納米線型材料的原料，進一步擴大了石墨烯的應用範圍。同時納米銀的形貌特徵對其複合材料應用範圍的劃分也會更加明顯，直徑大的納米銀線摻雜的石墨烯可作爲光伏材料以及大尺寸的顯示器，直徑小的則可以取代ITO成爲新一代主流透明電極材[38]料。隨着石墨烯/納米銀複合材料的製備工藝日趨成熟，石墨烯/納米銀複合材料必將在諸多領域發揮更大的作用。