文 献 综 述
摘要
石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料。由于其独特的结构和新奇的物化性能，在改善复合材料的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力，已成为纳米复合材料研究的热点。本文简述了石墨烯具有独特的结构、优异的性能以及制备方法；着重探讨了石墨烯基纳米复合材料的主要掺杂方法，如元素掺杂法，主要包括金属元素掺杂；化合物掺杂法以及碳素材料掺杂法。这些掺杂法制备出的纳米复合材料应用广泛，主要在超级电容器、传感器、储氢方面以及生物医学等领域突出。最后进一步提出了在石墨烯探索过程中的一些问题，如其易产生褶皱以及分散性能不稳定等。同时也阐述了其未来可能发展趋势，如探讨磁性、光学性能等。
关键字 石墨烯 纳米复合材料 掺杂
1、前言
石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面二维结构，与石墨类似，碳原子4个价电子中的3个以sp2杂化[1]的形式与最近邻三个碳原子形成平面正六边形连接的蜂巢结构，另一个垂直于碳原子平面的sigma;z轨道电子在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大pi;键。这种二元化的电子价键结构决定了石墨烯独特而丰富的性能: sp2键有高的强度和稳定性, 这使其组成的平面六角晶格有极高的强度和热导[2], 实验测得石墨烯的杨氏模量可达近1 TPa、热导率达3000 Wbull;m－1bull;K－1，与金刚石十分接近；另一方面，晶格平面两侧高度巡游的大pi;键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性，表现出良好的导电性、极高的电子迁移率(2.5times;105 cm2bull; V－1bull;s－1)[3]、宽频的光吸收和非线性光学性质，以及室温下的量子霍尔效应等[4]。这些优异的性能使石墨烯在太阳能电池、触摸屏、场效应晶体管、高频器件、自旋器件、场发射材料、灵敏传感器、高性能电池和超级电容、微纳机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用[5]。但是, 本征石墨烯零带隙的特点[6]也给其在电子器件领域的应用带来了困难, 如漏电流大、开关比低等；同时获得p型和n型石墨烯也是其应用于电子信息器件的必要条件。因此对石墨烯可控的进行掺杂和能带调控具有极大挑战, 成为国际上研究的热点[7]。
2、研究目的和意义
石墨烯所有的电子的运动速率大约都是光子的1/300，这远远超过了电子在以半导体中的速度，使它具有超强的导电性。然而，由于石墨烯是带隙为零的良导体，我们便不能有效地调控它的电学特性，从而不能将它广泛运用在电子器件之中。因此，我们需要采取特殊手段来调整石墨烯的带隙，使之具备半导体特性，然而，其中最有效的方法之一便是向石墨烯中掺入杂质原子。
3、掺杂原理与应用
（1）掺杂原理
