3.4 石墨烯粉体材料的物理性质表征

石墨烯粉体材料的物理性质还需要从以下几个方面进行表征：电学性能、热学性能和力学性能。

3.4.1 电学性能测试

石墨烯具有稳定的晶格结构和极高的载流子迁移率，因而显示出优异的导电性，但目前高质量的石墨烯难以大批量生产。氧化还原法等化学方法制备得到的石墨烯由于含有大量的含氧官能团，其导电性大打折扣。因此，基于石墨烯的复合导电材料成为研究热点。

四探针测试仪主要用于表征石墨烯薄膜或石墨烯复合片材的电导率。如图3-28所示，直流电流通过材料上的两个外部探针，通过测量两个内部探针之间的电位差来计算材料的电阻，从而得到材料的电导率。

3.4.2 热学性能测试

石墨烯是目前已知热导率最高的材料，可达到5000W/（m·K），因此被认为是优异的热控材料。除热导率之外，石墨烯及其衍生物的热稳定性也是检验其热控应用的度量衡之一。

1．热导率

材料的导热性用热导率表示，常用单位为W/（m·K）。材料的热导率与温度有关。测试热导率的方法有很多。表3-1中列出了常见材料的热导率。从表中可以看出，石墨烯的热导率要远高于其他材料，这是石墨烯片在许多电子设备中用作散热片的原因之一。

2．热稳定性

同步热分析仪主要用于测试石墨烯的热稳定性，测试结果可以反映氧化还原法制备石墨烯过程的还原程度。图3-29为氧化石墨烯还原制备石墨烯的热重曲线。前期样品失重主要是由于吸附在样品表面的少量水蒸发，160～300℃内样品质量急剧减少是由于样品残留含氧官能团热分解为CO、CO ₂ 和H ₂ O。该方法既可用来表征石墨烯的热稳定性，也可间接评估氧化石墨烯的还原程度。

3.4.3 力学性能测试

石墨烯具有与生物材料（如骨骼和牙齿）类似的分层和多级结构，以及层内强的sp ² 键和传递有效载荷的层间交联，因而引起了研究人员对其力学性能的研究兴趣。测定石墨烯及其复合材料的杨氏模量、泊松比、拉伸强度等基本力学参数是近年来石墨烯力学性能研究的主要内容。

1．杨氏模量

杨氏模量是描述固体材料抗变形能力的物理量。根据胡克定律，在物体的弹性极限内，应力和应变成正比。这个比值称为材料的杨氏模量，它只取决于材料本身的物理性能。

2．泊松比

在材料的比例极限内，由均匀分布的单向应力引起的横向应变与轴向应变之比的绝对值称为泊松比。例如，当一根杆被拉伸时，它的轴向伸长伴随着横向收缩，反之亦然。

3．拉力试验/张力试验

拉伸测试主要用于表征石墨烯复合材料的力学性能。在测试过程中，根据施加在材料上的不同拉力/张力，测量材料尺寸的变化，直到材料断裂为止，从而得到材料的力学性能。图3-30显示了不同环氧树脂（EP）含量的石墨烯复合材料的应力与应变关系。