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1、石墨烯制備方法研究摘要：具有優(yōu)良的力學、電學、熱學及電子學性質(zhì)的石墨烯，近些年來成為研究的熱點。簡單介紹了石墨烯制備的主耍方法，包括微機械分離法、化學插層法、加熱Sic法及氣相沉積法。關鍵詞：石墨烯；制備方法屮圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2013)14-0188-020引言自2004年Novoselov,K.S.等使用微機械剝離法從高定向熱解石墨上剝離觀測到石墨烯以來，碳元素同素異形體又增加了新的一員，其獨特的性能和優(yōu)良的性質(zhì)引起了研究人員的極人關注，掀起了一波石墨烯的研究高潮。石墨烯又稱單層
2、石墨，是只有一個C原子層厚度的石墨，是構(gòu)建其他碳質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)單元。通過SP2雜化成鍵，碳原子與周圍三個碳原子以C-C單鍵相連，同時每個碳原子屮未成鍵的一個兀電子形成與平面垂直的兀軌道。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，石墨烯具有強度很人的C-C鍵，因此其具有極高的強度(其強度為130GPa,而無缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)的斷裂強度是42N/m)o而其可自由移動的兀電子又賦予了石墨烯超強的導電性(石墨烯中電子的典型傳導速率為8X105m/s)o同時，石墨烯還具有一系列奇特的電子特性,如反常的量子霍爾效應，零帶隙的半導體以及電子在單層石墨片層內(nèi)的定域化現(xiàn)象
3、等。規(guī)模化制備大批量石墨烯是石墨烯材料應用的第一步，已成為當前研究的重點。按照石墨烯的制備途徑，可以將其制備方法分為兩類：自上而下制備以及自下而上制備。顧名思義，簡單地說口上而下途徑是從石墨中獲得石墨烯的方法，主要依靠物理過程處理石墨使其分層來得到石墨烯。自下而上途徑是從碳的化合物中斷裂化學鍵生長石墨烯的方法，主要依靠加熱等手段使含碳化合物分解從而牛長石墨烯。1自上而下制備石墨烯途徑自上而下途徑是從石墨出發(fā)（又可稱Z為石墨途徑），用物理手段如機械力、超聲波、熱應力等破壞石墨層與層之間的范德華力來制備單層石墨的方法。根據(jù)石墨
4、處理方法的不同，又可細分為機械剝離法和化學插層法。前者是直接使用機械方法將石墨分層來獲得石墨烯的方法。后者則是將石墨先用化學插層劑處理轉(zhuǎn)換為容易分層的形式如石墨插層化合物，然后再對其處理來獲得石墨烯。這類方法的優(yōu)點是原料來源廣泛，制備操作較為簡單，制備一般不需高溫，對設備要求不是很高，但是這類方法是通過石墨分層得到的，得到的單層石墨混在石墨片層屮，其分離比較怵I難，而且生成的石墨烯尺寸不可控。1.1機械剝離法機械剝離法是制備石墨烯最早的方法，也是最簡單的方法，很多石墨烯的獨特性質(zhì)的觀測都是通過這種方法得到的。研究人員通常是
5、先使用光刻膠將石墨晶體固定在玻璃襯底上，然后使用透明膠帶來反復進行剝離,再通過使用有機溶劑中來除去基底上的膠帶從而獲得石墨烯懸浮液，最后使用SiO2/Si片層基底來吸附懸浮液屮的石墨烯，從而得到石墨烯。機械剝離法簡便易行，制得的石墨烯質(zhì)量高，但是其產(chǎn)量比較低，僅僅可以滿足實驗室研究需要。1.2化學插層法化學插層法的原理是通過在石墨層與層之間插入一些分子、離子、原子基團，從而加大石墨的層間距，削弱其層與層之間的范德華力，然后再剝離石墨層間化合物來制備石墨烯。MohammadChoucair將石墨碳與堿金屬鈉混合加入到乙醇中，
6、通過溶劑熱220C反應72小時，然后超聲波分離得到比表面積為612m2/g的單層石墨烯。氧化石墨法是大規(guī)模合成石墨烯的戰(zhàn)略起點，其原料來源廣泛，處理過程簡單，產(chǎn)量高，而制備的石墨烯也便于下一步的官能團化和化學改性,從而為功能化石墨烯復合材料的制備提供了可行性。先通過在溶液中使用強酸及強氧化劑插層，制備出氧化右墨，氧化右墨可以看做是親水性的石墨插層化合物，其層與層之間的間距比較大。然后經(jīng)過超聲分散或者熱膨脹的過程將英剝離，從而得到單層/多層石墨烯氧化物，根據(jù)需要來通過加入表面活性劑、冇機異氤酸酯等方法來化學改性，最后經(jīng)過還原
7、過程得到石墨烯。常用的氧化方法包括Brodie法，Staudenmaierand法，Hummers法，氧原子的引入破壞了右墨的共軌結(jié)構(gòu)，使其失去了導電性，通過化7述原可以使其重新獲得導電性。目前的述原方法包括氫氣氣相還原以及腓、NaBH4還原劑液相還原?？傊?，利用氧化石墨制備單層石墨烯，由于其過程簡單易規(guī)?；?，能耗小，同時便于化學改性來制備功能化石墨烯復合材料，是一種很有前途的方法。如何避免石墨烯薄片不可逆凝聚以及提高制備出的石墨烯的質(zhì)量是下一步研究的重點。2自下而上制備石墨烯途徑自下而上途徑是從碳的化合物中出發(fā)（又可稱之
8、為碳原子途徑），通過加熱、電子轟擊等手段破壞含碳化合物的化學鍵，在基底上生長石墨烯的方法。根據(jù)原料及碳原子來源不同，又可以將其分為：加熱SiC法和化學氣相沉積生長法（CVD）。前者是將SiC單晶高溫或者電子轟擊熱解脫除去硅，從而得到石墨烯薄片。后者通常是將氣態(tài)含碳化合物通入反應容器,在金屬或者非金屈基底
