良好透明度的石英板。
[0029] 图12 :以下的XRD光谱：（a)功能性石墨烯；(b)石英板；以及（c)涂覆有厚的共价 键合的石墨烯的石英板。
[0030] 图13 :以下的照片：(a)玻璃纤维；以及（b)涂覆有共价键合的石墨烯的玻璃纤 维。
[0031] 图14 :以下的照片：（a)娃晶片；以及（b)涂覆有共价键合的石墨稀的娃晶片。
[0032] 示例性实施方案的详细描述
[0033] 根据前述概述，以下提供目前认为是其最佳实施方式的本发明示例性实施方案的 详细描述。
[0034] 可使用各种设计来产生不含空气的环境，所述环境可达到用于所述过程的高温。 例如，采用具有石英管和真空法兰的管式炉以供使用石墨烯/氧化石墨烯/石墨材料和硅 /金属化合物来对固体基底进行热处理，如图1所示。
[0035] 在所述过程中可使用广泛范围的固体基底、石墨稀/氧化石墨稀/石墨材料以及 含有硅或金属的化合物。以下实施例代表一些、而非全部可能的组合。
[0036] 实施例1.陶瓷的共价键合的石墨烯涂层
[0037] 将粒径分布在10至50 μ m范围内的膨胀石墨（Superior Graphite Company)直 接用于表面涂覆目的。通过使用浓硫酸、发烟硝酸以及氯酸钾氧化膨胀石墨来制备氧化石 墨。随后，通过将氧化石墨分散在水中、接着超声处理，然后得到氧化石墨烯。由于在溶液 中进行还原过程中，石墨烯纳米片因堆叠相互作用而趋向于聚集并且形成沉淀团聚 物或在热冲击后重新堆叠，因此为确保其在水和有机溶剂中的溶解性，石墨烯纳米片的化 学改性是必要的。已经开发了一种新型方法来合成具有多个官能团如磺酸、羧酸、胺、氰基、 四唑或长的柔性脂族基团的功能性石墨烯，所述石墨烯报导在在先临时专利中。通过将对 应的溶液过滤穿过聚碳酸酯或阳极膜，或通过溶液浇注，接着在真空烘箱中在100-200°C下 干燥24小时来制备石墨、氧化石墨烯或石墨烯纳米纸或薄膜。
[0038] 将管状陶瓷件与一块石墨、氧化石墨烯或功能性石墨烯薄膜或纳米纸或预定量的 石墨、氧化石墨或功能性石墨烯粉末预放置于石英管内。将一块含有硅的聚合物或含有氰 基的聚合物放置在石英管中。施加真空以去除石英管内的空气并且在真空下在30分钟内 使温度从室温快速增至400-600°C。然后，关闭真空并且使温度在20分钟内进一步增至 800-1200°C。在石英管的内部压力增至大气压后，将真空阀切换至氮气入口，并且对炉进行 快速吹扫，并且将炉维持在大气压下。10-30分钟后，将石英管冷却至室温，随后从石英管中 移出所处理的陶瓷部分。用水和丙酮洗涤所涂覆的陶瓷部分以去除所涂覆表面上的灰分。
[0039] 在热处理过程中，当温度增至400-600°C以上时官能团将降解。所产生的有机物类 如苯、〇) 2、腸2、502是大分子，其不易于从纳米纸中扩散出。因此，其将使纳米片膨胀。当石 墨烯纳米纸的边缘被氧或其他分子在高温如800-1200°C下蚀刻时，纳米纸内部的内压将允 许个别石墨烯纳米片从纳米纸中出来，悬浮在石英管中，并且最终沉积在预放置陶瓷的表 面上。
[0040] 当石英管内部的温度达到最够高的温度（在这种情况下，700-900°C )时，将发生 预放置的含有硅的聚合物或含有氰基的聚合物的热降解，并且所得气体将流至石英管中。 这些气体的组成可包括Si (CH3)-OH、H2Si (CH3) 2、CH4、CO以及O2，其能够与石墨烯纳米片的 边缘碳进行反应。由于陶瓷由Si、C、0、N等组成，石墨烯纳米片的边缘将极可能与陶瓷在 高于800-1200°C的温度下形成共价键。涂覆后，可使用氢氟酸来将涂层从陶瓷基底分离，并 且显示出独立式共价键合的石墨烯薄膜。
[0041] 图3示出用较薄涂层在外表面上并且用较厚层在内表面上进行石墨烯涂覆后，管 状陶瓷的SEM图像。从图3a可看出所涂覆的陶瓷表面非常光滑。图3b示出用较薄层石墨 烯涂覆的陶瓷的外表面。由于表面未完全由石墨烯层覆盖，可观察到关于所涂覆的形态的 更详细信息。黑色区域是陶瓷基底，而灰色层是石墨烯。应清楚有一些个别石墨烯纳米片 沉积在陶瓷表面上。图3c示出用较厚层石墨烯涂覆的陶瓷的外表面。尽管仍有一些黑色 区域，但表面大部分被石墨烯层覆盖。从图3d可观察到石墨烯涂覆的陶瓷的内表面是完整 的，因为在热处理过程中纳米纸放置在陶瓷管内部。
[0042] 从图4可看出，石墨烯涂覆的陶瓷中石墨烯层的厚度在管内为大约42μπι并且在 管外为10-20μπι。因此，石墨烯涂覆的陶瓷的电导性为约86.6S/m。石墨烯涂层极其强健。 其不能通过锋利的刀或强酸去除。涂层在高达400°C仍是稳定的，但在高于400°C的温度下 持续长时间段（例如>1小时）可被氧蚀刻（即，烧焦），这是石墨烯/石墨材料的典型特 点。石墨烯涂层使陶瓷表面从亲水性转变为疏水性的，同时摩擦阻力较小。
[0043] 使用Renishaw 1000显微分光计用514. 5nm的激发波长记录所有样品的拉曼光 谱。拉曼光谱法是用以表征石墨烯材料、尤其用于区别有序和无序碳结构的有用的非破坏 性工具，因为拉曼散射对碳材料中电子结构的变化高度敏感。如从图5a可看出，陶瓷具有 强的光致发光，这促成了石墨烯涂覆的陶瓷样品的背景，尤其对于薄的样品来说更是如此。 在图5b中，功能性石墨烯的拉曼光谱具有在1586CHT1处的G带和在1348cm η处的D带。功 能性石墨烯的D带和G带的积分强度比（ID/Ie)为1. 3。功能性石墨烯的2D带位于2703CHT1 处，其中存在出现在2934CHT1处的另一个新的峰，其可分配给D+G组合带。这两个带源于功 能性石墨烯的无序结构。对于石墨烯涂覆的陶瓷（图5c、d)，G带与D带移动至较高的波 数，并且I D/Ie小于1，这意味着由于在高温下去除官能团，回收到更多的sp 2碳。在石墨烯 涂覆的陶瓷的外表面情况下，G带移动至ΙΘΟΙαιΓ1，而D带移动至1353CHT 1。
[0044] 对于石墨烯涂覆的陶瓷的内表面，G带移动至1594CHT1，而D带移动至1353CHT 1。
[0045] 图6示出氧化石墨烯和功能性石墨烯的C(Is)和O(Is)信号的X射线光电子能谱。 图6a中的GO展现出主峰处于284. IeV的结合能量，并且另一峰处于285. 9eV，其可拟合至 284. 8、285. 6以及286. 7eV处的峰，并且因此分别分配给C-〇H、C = 0以及0 = C-OH物类。 另一方面，功能性石墨烯示出仅单个强峰处于282. 4eV的结合能量，其分配给C-C物类。这 证明通过还原石墨烯表面上失去C-O和C = 0官能团。然而，大的半峰全宽（FWHM)和朝向 更高结合能的宽拖尾暗示了多种不同碳键合构型的贡献。图6b展现出对于GO和功能性石 墨烯分别处于531. 7和530,1eV的强O(Is)峰。GO的O(Is)光谱可拟合至分配给C = O和 0 = C-OH基团的530. 7eV处的一个峰和分配给C-OH基团的532. 8eV处的另一个峰。对于 功能性石墨烯，O(Is)信号主要源于-SO3基团，而没有任何C = 0和0 = C-OH信号。这再 次暗示了在石墨烯形成过程中的极高度的还原，其可归因于以下事实：功能性石墨烯高度 可溶于水中，使得肼能够接近所有石墨烯纳米片以实现完全还原。图6c示出功能性石墨烯 在165. 6eV的S (2p)信号，其可拟合至分配给S (2P1)的165. 7eV处的峰和归属于S (2p2)的 166. 8eV处的峰。显然，官能团已经由C-C共价键成功附接至石墨烯表面。
[0046] 图7示出功能性石墨烯、陶瓷、石墨烯涂覆的陶瓷的内表面以及石墨烯涂覆的陶 瓷的外表面的XPS全谱扫描光谱。如所预期，功能性石墨烯由氧、碳以及硫元素组成（应注 意XPS不能检测氢元素），而陶瓷由氧、碳、硅以及钙元素制成。对于石墨烯涂覆的陶瓷的内 表面和外表面（图7c和图7d)，可检测到硅元素，其可能来自陶瓷基底或石墨烯夹层之间的 共价键合的基团，但不能发现硫元素，其可能在热处理过程中完全去除。
[0047] 从图8可看出C-C基团的在282. 3eV的结合能量处的C(Is)信号几乎叠加在具有 较厚石墨烯层的石墨烯涂覆的陶瓷的内表面的功能性石墨烯的信号上，而陶瓷的C(Is)信 号叠合在282. 9eV，其可分配给C-O基团。由于功能性石墨烯中氧的主要来源是由官能团产 生，因此其O(Is)信号出现在530,1eV的结合能处。另一方面，陶瓷和石墨烯涂覆的陶瓷的 O(Is)信号源自C-O或Si-O基团，并且因此其结合能展现在530. SeV处。对于具有薄的石 墨烯层的石墨烯涂覆的陶瓷的外层（图9)，陶瓷背景的作用变得更加明显。
[0048