【摘要】：石墨烯拥有独特的二维纳米结构，并显现出了超强的机械性能和优异的电学性能。尽管它的研究历史很短暂，但已经在很多领域内展现出了极高的应用价值。为了使石墨烯在应用过程中能够很好的分散，通常需要对其进行功能化。石墨烯功能化的方法大体可分为2种，即基于共价键的共价键功能化法和依靠分子间作用力的非共价键功能化法。本文综述了功能化石墨烯（FGs）在光电材料、传感和探测器、储能材料、催化、纳米增强复合物及其他一些领域内的最新应用研究进展，并展望了未来FGs应用研究的发展趋势。
　　【关键词】：石墨烯；应用范围
　　目前，石墨烯的制备手段通常可以分为两种类型，化学方法和物理方法。物理方法，是从具有高晶格完备性的石墨或者类似的材料来获得，获得的石墨烯尺度都在80nm以上。而化学方法是通过小分子的合成或溶液分离的方法制备的，得到石墨烯尺度10nm以下。物理方法包括：机械剥离法、取向附生法、加热SiC法、爆炸法；化学方法包括石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨還原法、球磨法。
　　这些制备方法有着各自的优缺点，如机械剥离法简单，可获得高品质的石墨烯，但重复性差、产量和产率很低；溶液液相剥离法制备过程简单且未破坏石墨烯面内原子结构，但该法效率低，而且单片层和多层石墨烯共存，很难将单片层石墨烯分离出来；外延生长法可制备得到大面积的单层石墨烯，但是该方法制备条件苛刻，需要高温和高真空，且石墨烯难从衬底上转移出来；化学气相沉积法制备的石墨烯具有较整的晶体结构，石墨烯面积大，在透明电极和电子设备等领域表现出很明显的应用优势，但存在产量较低，成本偏高，石墨烯难转移等缺点。
　　对比上述方法，还原氧化石墨烯法是指先将石墨在强酸和强氧化剂作用下进行氧化，制备氧化石墨烯（GO），然后再还原除去含氧官能团制备石墨烯尽管还原氧化石墨烯法制备的石墨烯不能完全消除含氧官能团，制备的石墨烯存在缺陷和导电性差等缺点，但是其宏量和廉价制备为其在聚合物复合材料等宏量应用研究中提供了機会。
　　石墨烯作为一种拥有独特结构和优异性能的新型材料，近几年来其理论研究、制备方法及功能化应用等都已成为国内外学者研究的热点。石墨烯为单原子层二维结构，由6个碳原子通过sp2杂化形成的六边形环构成蜂巢状结构。作为碳元素单质，它这种扩展的蜂巢结构是构成另外3种同素异形体的结构基石，零维的富勒烯可看作是由石墨烯弯曲成足球状得到的，一维的碳纳米管其主体管部分也可以看作是由石墨烯卷曲而成，三维结构的石墨则早已被科学家们认识到是石墨烯片层（GNs）的紧密堆叠。虽然石墨烯作为概念来说并不是一个新的事物，而且人们也不断尝试获得厚度更薄的石墨片层，但直到2004年才由曼彻斯特大学Geim领导的研究小组采用微机械剥离法（micro-mechanicalcleavage）制备出了单层的GNs。这一历史性的突破很快引起了人们极大的研究热情，近年来相关的研究也层出不穷的应用价值；由于它很低的电阻率和极大的载流子迁移率，人们很快发现了石墨烯在光电探测领域的潜能，并且认为将会是很具发展前途的材料之一。
　　工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡（ITO），由于铟元素在地球上的含量有限，价格昂贵，尤其是毒性很大，使它的应用受到限制。作为炭质材料的新星，石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料，石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯，薄膜电阻为900，透光率为70%，薄膜被做成了染料太阳能电池的正极，太阳能电池的能量转化效率为0.26%。2009年，该研究组采用乙炔做还原气和碳源，采用高温还原方法制备了高电导率（1425S/cm）的石墨烯，为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。
　　电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术，涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现以后，研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移，这使它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen等采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料，在室温下可以检测到低浓度NO2，作者认为如果进一步提高石墨烯的质量， 则会提高传感器对气体检测的灵敏度。石墨烯在传感器方面表现出不同于其它材料的潜能，使越来越多的医学家关注它，目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。
　　石墨烯材料在当今发展迅速的社会中应用越来越广泛，得到了不断提升的重视。石墨烯的制备和研究以及应用都在不断的革新技术。希望未来石墨烯有更远的未来和应用领域。
　　作者简介：朱晓刚（1984.02.08—），江苏省沭阳县人，学历：本科，职称：助教，单位：江西工程学院，研究方向：机电一体化工程。