石墨烯的制备方法.ppt

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1、1.机械剥离法2.氧化石墨还原法3.化学气相沉积法4.外延生长发机械剥离法：是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术方法的改进,逐渐可以制备出层数为几个片层的石墨薄片。机械剥离法被广泛用于石墨烯片层的制备,特别在石墨烯的一些光学、电学性能研究中,一般均以机械剥离法作为主要的制备方法。与其他方法相比较，机械剥离法是最简单的方法，对实验室条件的要求非常简单，并且容易获得高质量的石墨烯。但制备的石墨烯薄片尺寸不易控制、重复性差，产率较低,而且难以规模化制备单层石墨烯。采用粘胶

2、带的方式，胶带采用特殊的3M思高牌胶带。使用镊子夹取16cm长的思高牌胶带贴附在高定向热解石墨片表面，轻轻压实，使胶带和石墨片紧紧贴附，慢慢撕下。胶带表面会粘附有很薄的一层石墨薄片，然后把胶带的两端对折，使石墨薄片夹在胶带具有粘性一侧的中间，轻轻的压实，慢慢撕下，平稳的将石墨薄片一分为二。完美的剥离，剥离的石墨薄片表面如原子般平滑，复制出的石墨薄片是发亮的。重复3到l0次剥离，直到胶带上出现颜色如墨水斑点一样的石墨薄片。小心的将附有石墨薄片的胶带贴附在氧化的硅片上，轻轻挤压掉胶带和硅片之间的空气，使样品和胶带完全贴附，保持l0min，慢慢从硅片表面撕下胶带。这时数千小片石墨

3、都粘到了硅片上，而其中部分样品就是少层、甚至单层的石墨烯。氧化石墨还原法该方法主要采用强酸(如浓硫酸和发烟硝酸等)将本体石墨进行氧化处理,通过热力学膨胀或者强力超声进行剥离,利用化学还原法或其它方法将氧化石墨烯还原为石墨烯。所以，主要过程就分为氧化和还原两个阶段。氧化阶段：目前,对本体石墨进行氧化处理多采用Hummers法。一般步骤为：将石墨粉和无水NaNO3加入置于冰浴内的浓H2SO4中，以KMnO4为氧化剂进行氧化处理，用30%H2O2还原剩余的氧化剂，最后过滤、洗涤、真空脱水得到GO。为了进一步强化其氧化强度,还可以利用过K2S2O8和P2O5对本体石墨进行预氧化处理

4、后,再进行Hummers法氧化。还原阶段：目前实验主要使用的是化学还原方法。在80~100℃和快速搅拌条件下，加入化学还原剂反应24h，最终得到石墨烯产物。常用的还原剂有水合肼、硼氢化钠和对苯二铵等。水合肼由于还原性强、还原效果明显、价格低廉等优点，目前在还原过程中被广泛采用。该种方法的优点是产量高，应用广泛，是大量生产石墨烯的最佳途径之一。但由于利用了强酸的氧化性对石墨进行氧化处理，因此所制备的产物引入了诸多晶格缺陷，容易导致一些物理、化学性能的损失，尤其是导电性能的下降。还原方法的改进：（1）采用氢电弧放电方法解离氧化石墨，不仅可以去除石墨上的含氧基团，还可以愈合结构缺

5、陷，从而进而提高了石墨烯的质量。（2）利用还原性糖(如葡萄糖、果糖)还原氧化石墨制备得到石墨烯，该方法为大规模制备石墨烯提供了一种绿色而简便的制备方法。（3）电化学家将电化学方法引入石墨烯的制备当中,并取得了良好效果。即通过恒电位电化学还原法，在玻碳电极上直接对氧化石墨烯进行电化学还原，制得石墨烯产物，建立了绿色、快速的制备石墨烯的方法。化学气相沉积法CVD法制备石墨烯时一般过程为：先在基底(Si/SiO2)表面形成一层过渡金属薄膜，以此金属膜为催化剂，以CH4为碳源，经气相解离后在过渡金属膜表面形成石墨烯片层，最后通过酸液腐蚀金属膜得到石墨烯。文献报道用于CVD法制备石墨

6、烯的过渡金属有Cu，Co，Pt,及Ni等。由于传统的CVD法需要用到金属作为催化剂与生长附着物，因此在最后的产物中通常会残存金属元素。为消除杂质，获得更高纯度的石墨烯产物，各类无需使用催化剂的改进型CVD法相继被报道。如以H2和CH4为载气，在等离子体作用下可直接进行进行化学气相沉积，得到厚度均匀的单层、双层或三层石墨烯产物。该方法的优点是可制备出面积较大的石墨烯片，但由于现阶段工艺不成熟及较高的成本限制了其规模应用。外延生长发（SiC分解法）利用6H-SiC的热分解作用来制备石墨烯片层，即以单晶6H-SiC为原料，在超低真空(1×10-10Torr)下高温(1200~14

7、50℃)热分解其中的Si，最后得到连续的二维石墨烯片层膜。另外，有实验证实生成的石墨烯是沿着SiC下方取向附生。所以通过在SiC基底上预先镀一层Ni膜，可以使得反应温度降低到750℃，以实现了石墨烯的低温制备。该方法虽然可以用于大规模制备，但需要高温条件下，且难以控制石墨烯的附生形态和吸附能量。TheEnd!!!谢谢