天津大學封偉教授團（tuán）隊：碳（tàn）基功能（néng）納米材料的製備、性能與應用
天（tiān）津（jīn）大學封偉教授團隊：碳基（jī）功能納米材料（liào）的製備、性能（néng）與應用
自富勒烯、碳納米管和石墨烯被發現和成功製備以來，碳納米材料以其（qí）優異的導電（diàn）性（xìng）、機械性、化學穩定性和光學特（tè）性受到了大量的關注。隨著納米科技的高速發展，碳納（nà）米材料逐漸展現出在強度、硬度、光學、耐熱性、耐輻射、耐化學藥品、導電性、導熱、表麵與界麵特性等方麵比其它材料更加優異的性能。因此，在以碳納米管、石墨烯、碳納米纖維等碳納米（mǐ）材料為主體，高（gāo）分（fèn）子、無機金屬納米顆粒為添加劑（jì），通過適當的製備和化學改性（xìng）方法得到的（de）均勻碳基功能納米複合材料在儲（chǔ）氫、導熱（rè）、電化學儲能材料、催化、生物傳感、熒光、晶體管等諸多領域得到了廣泛的應用（yòng）。
天津大學封偉教授研究團隊長期致（zhì）力於功能碳基納米複合材料的基礎研究（jiū）和應用，近日，受國際複合材料領（lǐng）域著名期刊《Composites Science and Technology》邀請，封偉教授團隊在該期刊上發表題目為《碳基功（gōng）能（néng）納米（mǐ）材料：製備、性能與應用》的專題綜述文章，重點總結了研究團隊在功能（néng）碳基複合（hé）材料領域十餘年的研究成果，以碳納米材料的結構、性質以及（jí）化學功能化為（wéi）出發點，對近年來研究團隊在（zài）光（guāng）熱、導熱（rè）、電化學儲能以及光響應驅動等（děng）領域的一些重要研究進（jìn）展和成果進行了介紹，並對功能納米（mǐ）碳複合材料的設計思路、製備方法、結構調控、性能優（yōu）化以及應用前景等進行了重點分析，第（dì）一作者（zhě）為博士生李子豪（háo），通訊作者為（wéi）天津大學封偉教授。
天津大學封偉教授團隊：碳基功能納米材（cái）料的製備、性能與應用
圖1幾種常見（jiàn）化學功（gōng）能化碳納米管和石墨烯
首先，對於石墨烯和碳納米管的一般結構與基礎性（xìng）質進行概（gài）括性介紹，接著，分別對現階段比較（jiào）成（chéng）熟的幾種碳納米（mǐ）管和石墨烯的化學功能改性進行總結闡述，如圖1所示，碳納米管的化學改性主要集中在（zài）對其管壁的優化和修飾上，包括利用臭氧、氫等離子體（tǐ）、氟氣等，而對石墨烯的化學功能化主（zhǔ）要以氧化石墨烯的（de）製備為例，通（tōng）過對石墨進行插層（céng）和氧化，得到表麵具有豐（fēng）富含氧官能團（tuán）（羧（suō）基、羥基、酯基等（děng））的石墨烯，由於該方法大（dà）幅度改（gǎi）善的水（shuǐ）溶性，利於溶液加工，因此常用作對石墨烯基納米（mǐ）複合材料的修飾、優化與設計中。
天津大（dà）學封偉（wěi）教授團隊：碳基功能納米材料的（de）製備、性能與應用
圖2偶氮苯/石墨烯複（fù）合材料在光（guāng）熱轉換與存儲方麵的應用
其次，根據碳基納米材（cái）料（liào）的（de）功能，分章節逐一介紹納米碳基複合材料在光熱、光（guāng）驅動、高導熱、鋰電池和超級（jí）電容器等器件的製備工藝、性能（néng）表征以及應用。
太陽光作為一種綠色、可持續的清潔能源一直是科學家研究的重（chóng）點，開發對太陽能進行俘獲、轉換、儲存的創新（xīn）技術顯得尤為重要。封偉教授研究（jiū）團（tuán）隊是國（guó）際上最早從（cóng）事光熱能量的存儲與轉換研究（jiū）的科研團隊（duì）之一，在（zài）封偉（wěi）教授的帶領下，研究團隊經過多年的探（tàn）索，發現了以碳納米管和石墨烯為基底，接枝複合偶（ǒu）氮苯類分子具有獨特的光致（zhì）異構現象，即通過光開關分子的可逆結構轉換和空間重排來儲存來自太陽光的能（néng）量，然後以熱的形式釋放能量，從而實（shí）現（xiàn）光熱存儲與可控釋放。經過研究團隊的不懈努力，探索出一係列的偶氮苯/碳基納（nà）米（mǐ）材（cái）料（圖2），以實現將太陽能這一（yī）“取之不盡（jìn），用之不竭（jié）”清潔能源進行高效循環利用。這一係列重（chóng）大研究發現有望（wàng）可以緩解日漸嚴重的能源（yuán）問題。
天津大學封偉教授團隊：碳基功能納（nà）米材料的製備、性能與應用（yòng）
圖（tú）3納米碳基複合材料在高導熱方麵的應用
隨著大規模集成技術（shù）的進步，電子器件朝向小型化、微型化的發展已經越來越迅速（sù），而其中高效工（gōng）作帶來的熱量積累問題一（yī）直阻（zǔ）礙著這一領域的前進。導熱複合材料作為有效解決這一（yī）核（hé）心問題的關鍵環節，直（zhí）接影（yǐng）響著傳熱的效率（lǜ）。封偉教授（shòu）研究（jiū）團隊以高導熱納米碳材料為基（jī）體，針對碳基導熱複合材料的製備及力熱（rè）性能優化進行了（le）大量的研究工作（圖3），包（bāo）括以石墨連接三維碳納米管網（wǎng）絡的高導熱碳/碳複合材料、連續（xù）石墨烯聚二甲基矽氧烷網絡的碳/聚（jù）合物複合材料、以垂直碳納米管陣列橋接的定向高導熱各向（xiàng）同（tóng）性的導熱複合材料、石墨烯交聯碳納米管三維雜化網絡（luò）具有可控導熱、導電和回彈性的聚酰亞胺導熱複合材料等都取得了重（chóng）大突破。
氟化碳（tàn）是目前世界上理論能量（liàng）密度最高（gāo）的原電池（chí）正極（jí）材料，在電子器件、生物醫學和裝備電（diàn）源等領域有（yǒu）廣闊應用前景。封（fēng）偉教授團隊長期致（zhì）力於氟（fú）化碳材料的研究，及其在高容量儲能材料領域的應用開發。研究團（tuán）隊經過不斷的試驗，對材料製備、氟化機理、結構調控、電化學動力學等科學問題進行了深入細（xì）致的研究（圖4），探索出具有獨特結構的新型氟化碳材（cái）料，顛覆了傳（chuán）統的碳氟共價鍵，成功製備（bèi）的新型氟化碳材料不（bú）僅（jǐn）可以兼顧電池高能量密度和高功率密度，同時（shí）在超大放電電流條件下可以穩定工作。
天（tiān）津大學封偉教授團隊：碳基功（gōng）能納米材料（liào）的製備（bèi）、性能與應用
圖4.氟（fú）化碳納（nà）米（mǐ）材料在鋰電池方麵的應用
最後，對於功能碳納米（mǐ）材料在各領域的優缺點和未來的（de）發展前景進行了小結，相（xiàng）信隨（suí）著納米材料先（xiān）進製備（bèi）和表征技術的高速（sù）發展，具有廣闊應用前景的碳基納米（mǐ）複合材料有望可（kě）以實現高性能器件的（de）工業化大規模生產。
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