石墨烯制备方法及应用的研究进展

《石墨烯制备方法及应用的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、石墨烯制备方法及应用的研宄进展邓振琪萸振旭(郑州师范学院化学化工学院，河南郑州450044)摘耍:石墨烯因具有高的比表面积、突出的异热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质，引起了科学界新一轮的研宂热点。本文总结近年石墨烯的研宄现状，综述介绍石墨烯的制备方法和其应用的研宄进展。关键字：石墨條；制备；应用2004年，英国曼彻斯特大学Geim研究小组首成功地在实验屮从石墨屮分离出石墨烯H1，并提出了表征石墨烯的光学方法，对其电学性能进行了系统研究，发现石墨烯具有很高的载流子浓度、迁移率和亚微米尺度的弹道输运特性，从而掀起了石墨烯研宄的热潮。石墨烯是由

2、碳原子以sp2杂化连接按照六边形紧密排列成蜂窝状晶格的二维晶体，其理论厚度仅为0.35iini,是H前所发现的最薄的二维材料［2］。是构造其他维度碳质材料的基本单元，它可以包裹形成零维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管或者层层堆叠构成三维的石墨。石墨烯因其独特的二维晶体结构，从而異有优异的性能。如单原子层石墨烯材料理论表面积可达2630m2/g,半导体本征迁移率高达2xl05cm2/(V.s),弹性模量约为l.OTPa,热传导率约为5000W/(m.K),透光率高达97.7%,强度高达110GPa［3］。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、传感器、电化学

3、及复合材料等领域有光明的应用前景。1.石墨烯的制备现在制备石墨烯主要方法为微机械剥离法、基底牛.长法、化学气相沉淀法、氧化石墨还原法。另简单介绍液相或气相直接剥离法、电化学法、石墨插层法等方法。1.1微机械剥离法石墨烯最初的制备就是微机械剥离，机械剥离法就是通过机械力从具有高度定向热解石墨表面剥离石墨烯片层。Geim教授采用胶带剥离法可以认为是机械剥离法屮的一个代表。Knieke等［4］利用湿法研磨法在室温下研磨普通石墨粉，成功的对石墨的片层结构进行了剥离，制备了单层和多层的石墨烯片。微机械剥离法制得的石墨烯具有最高的质量，适用于研究石墨烯的电学性质。似该方法低

4、效率不适合石墨烯的规模化生产。一般仅仅用于实验室的基础研宄。1.2基底生长法基底牛.长法则是利用单晶衬底的原子结构或脱去其他物质保留C进而生长出石墨烯。ClairBergen等［5-7］在单晶6H-S1C通过热解脱除Si来制取石墨烯。将表面经过氧化或H.蚀刻后的样品在高真空下通过电子轰击加热到1000°C以除掉表面的氧化物，用俄歇电子能谱确定氧化物被完全去除后，升温1250-1450°C,恒温l-20min，形成石墨稀薄R。Shivarama等［8］尝试对SiC进行化学抛光，再对得到的4H—SiC进行高温加热，在140(TC制备石墨烯。这种方法条件苛刻、且制得的

5、石墨烯不易从衬底上分离出来，不能用于大量制造石墨稀。1.3液相或气相直接剥离法液相或气相直接剥离法是直接把石墨或膨胀石墨(EG)加在某种冇机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Qian等［9］以EG为原料，利用强极性有机溶剂乙腈与石墨烯片的双偶极诱导作用来剥离石墨，使石墨烯的总产率提高。同时，为增加石墨烯溶液的稳定性，人们往往在液相剥离石墨片层过程中加入一些稳定剂。Janowska等［10］以EG为原料，微波辐照下发现以氨水做溶剂能提高石墨烯的总产率，深入研究证实高温下溶剂分解产生的氨气能渗入石墨片层中，当气压超过一定数值

6、足以克服石墨片层间的范德肀力而使石墨剥离。1.4氧化石墨还原法氧化石墨还原法制备石墨烯是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，得到石墨烯。目前常用于制备GO的方法有Brodie，Staudenmaier、Hummers法及其它一些在这些基础上改进的方法［11］。制备的基本原理均为先用强质子酸处理石墨，形成石墨层间化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化。Li［12］及Liu等［13］以水合肼为还原剂分别成功制得了氨水及聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵稳定的石墨烯水分

7、散液。Sasha［14］等利用化学分散法制得厚度为lnm左右的石墨烯。任小孟等［15］发现在Hummers法中控制其不同阶段的温度，能有效的提高石墨的氧化并提高其反应效率。氧化石墨还原法方法简单，成本低，可以大量的制备石墨烯。缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。1.5化学气相沉积法化学气相沉积(CVD)是制备纳米材料的有效方法。采用一定化学配比的反应气体为反应物，在特定激活条件下，通过气相化学反应可在不同的基片表面生成石墨烯膜层。该方法最有可能实现石墨烯低成木、大面积、规模化制备

8、的技术。常用的基底为金属