石墨烯中每個(gè)碳原子通過(guò)sp2雜化形成六邊形晶格，三個(gè)電子參與構(gòu)成共價(jià)鍵，剩余電子在平面上下形成覆蓋整個(gè)結(jié)構(gòu)的離域π鍵。電子可在其中自由移動(dòng)，幾乎不受阻力。?

一、?定向排列的原理?

石墨烯或其衍生物（如氧化石墨烯、改性石墨烯）在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生極化或因其固有帶電特性（如陽(yáng)離子改性）而受到庫(kù)侖力作用。通過(guò)合理設(shè)計(jì)電場(chǎng)方向和強(qiáng)度，這些片層會(huì)受到力矩驅(qū)動(dòng)，克服隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)和環(huán)境阻力，最終沿著電場(chǎng)方向或特定平面（如平行于電極表面）進(jìn)行定向排列。

二、?具體方法與應(yīng)用?

• （1）?電場(chǎng)取向法?
• 這是一種明確用于構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)型石墨烯導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備技術(shù)。將含有石墨烯的分散體系置于特定電場(chǎng)中，利用石墨烯片在電場(chǎng)下的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)其空間定向排列，目的是構(gòu)建連續(xù)的導(dǎo)熱通路。

• （2）?電場(chǎng)輔助生長(zhǎng)
• ? 北京大學(xué)張錦院士團(tuán)隊(duì)利用?電場(chǎng)輔助等離子體增強(qiáng)氣相沉積法 (AEF-PECVD)?，在電場(chǎng)誘導(dǎo)下直接生長(zhǎng)出垂直排列的高質(zhì)量石墨烯陣列（VG）。電場(chǎng)在此過(guò)程中引導(dǎo)石墨烯片的生長(zhǎng)取向，使其垂直于基底排列。
• （3）?涂層內(nèi)定向調(diào)控
• 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了陽(yáng)離子石墨烯（DRGO+）納米片。這種改性石墨烯表面的-NH3+使其具有正電性，當(dāng)將其分散在水性環(huán)氧樹(shù)脂中并施加電場(chǎng)時(shí)，DRGO+納米片能夠?自對(duì)齊平行排列?在有機(jī)涂層內(nèi)部。這種定向結(jié)構(gòu)最大限度地發(fā)揮了石墨烯的阻隔性能。
• （4）?復(fù)合材料增強(qiáng)
• ? 在電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）作用下，可將氧化石墨烯在環(huán)氧樹(shù)脂基體中進(jìn)行二維定向排列（如在X-Y平面內(nèi)），形成交融的定向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此提升復(fù)合材料的力學(xué)和熱學(xué)性能。

三、?優(yōu)勢(shì)與目的?

• 定向排列能優(yōu)化石墨烯片在基體材料中的空間分布，顯著提升其功能性（如最大化阻隔性能延長(zhǎng)腐蝕介質(zhì)路徑，或構(gòu)建高效導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)）。
• 克服了石墨烯片在復(fù)合材料中隨機(jī)分散導(dǎo)致的團(tuán)聚問(wèn)題（隨機(jī)分散會(huì)削弱“迷宮效應(yīng)”、形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)加速腐蝕等）。是實(shí)現(xiàn)石墨烯功能復(fù)合材料高性能化（如高效散熱、長(zhǎng)效防腐、增強(qiáng)力學(xué)性能）的關(guān)鍵調(diào)控手段之一。

• ?總結(jié)

? 理論和實(shí)踐均已證明，通過(guò)選擇合適的石墨烯材料形態(tài)（如帶電極性改性）并施加外部電場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)石墨烯片在不同應(yīng)用場(chǎng)景（導(dǎo)熱復(fù)合材料、防腐涂層、垂直陣列生長(zhǎng)、功能樹(shù)脂基體等）中的精確定向排列。這是調(diào)控石墨烯復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的重要技術(shù)手段