石墨烯/聚合物基复合材料的光热转化机制研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

石墨烯结构强度高、导热性良好、比表面积比一般材料要大很多，同时石墨烯具有独特的光学性质，氧化石墨烯和还原石墨烯在近红外区有很强的吸收[1,2]。英国曼切斯特大学物理学家安德烈海姆等[3]人于2004年从多层石墨结构分离出了单层石墨烯，这一杰出的研究成果使他们在2010年获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯不仅可用来负载各种生物分子，还可负载一些功能丰富的金属单质及金属化合物等制备石墨烯基功能纳米复合材料，因此成为国内外光热转换材料研究热点[4,5]。光热转化功能材料可以将吸收的光能转化为高热，这就为许多生物和医学上的问题提供了解决思路。很多生物学者致力于合成这种材料，将其应用于光热治疗等方面；光热转化材料在医学上也具有广阔的应用前景，尤其是可用于癌症治疗的靶向药物传递系统引起了医学界极大关注[6-9]。

c tao等人[10]通过改变光波的波长、辐射强度和石墨烯含量来观测光热转化的效率、以此来得到石墨烯的最佳含量；abdallahfzedan等人[11]通过控制水中金纳米结构的尺寸和氧化石墨烯薄片的形状来论证光热效应的耦合情况，改变纳米金的尺寸，可以显著提升石墨烯/聚合物基纳米复合材料的光热转化效率；savchuk等人[12]通过新型的球积分法，测量了石墨烯和氧化石墨烯在二甲基甲酰胺和水中的光热转化效率，同时还分析了材料浓度和辐射波长对于温度的影响，因此可以在癌症治疗的热疗过程中，得到更加廉价的光热剂；h.y.tian等人[13]对梯度功能板的吸波性能和热应力等方面做了理论研究，通过改变分析了光波入射角度、振幅、频率等因素，测定功能梯度板中的温度与热应力变化，得到了外部因素对于吸波板温度的影响，为本篇论文提供了思路。

目前国内关于石墨烯/聚合物基纳米复合材料的光热转化机制的理论研究还处于起步阶段，相关论文较少，大部分研究着眼于石墨烯复合材料的光热效应的应用方面。因此研究石墨烯/聚合物基纳米复合材料的物理属性（如模量、等效介电常数[14,15]等）、微结构以及其他外部因素（如光强、辐射时间等）对不同场间光热转化过程的影响，明晰光-热转化机制则是研究人员必须面临的问题。解决了光-热转化机制的理论问题，才能让石墨烯/聚合物基纳米复合材料从实验室研究应用到实际临床应用过程，为实现智能远程无线调控工业化应用以及仿生技术在生物医药临床应用提供技术指导。

2. 研究的基本内容与方案

一、基本内容

以无限大的石墨烯/聚合物基纳米复合材料板为研究对象，研究石墨烯/聚合物基纳米复合材料的物理属性（如模量、介电常数等）、微结构以及其他外部因素（如光强、辐射时间等）对不同场间光热转化过程的影响，需要进行以下几个方面的学习：

1.学习石墨烯/聚合物基纳米复合材料的物理、力学性质。

3. 研究计划与安排

1.第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解石墨烯/聚合物基纳米复合材料光热转化方面的研究现状，完成开题报告；

2.第3-4周学习与研究内容相关的理论知识，开始进行理论模型的构建；

3.第5-8周完成理论建模并初步展开数值分析相关工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]胡乃强,刘秀军,李同起等.石墨烯/聚合物纳米复合材料的研究进展[j].化工新型材料，2012,40（11）：1-3.

[2]侯成义.环境响应型石墨烯复合材料的设计、三维构筑与性能研究[j].东华大学.2014.

[3]novoselov,k.s.;geim,a.k.;morozov,s.v.et,electricfieldeffectinautomicallythincarbonfilms.science2004,306,(5696),666-669.