石墨烯的制備方法.ppt

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1、1.機(jī)械剝離法2.氧化石墨還原法3.化學(xué)氣相沉積法4.外延生長(zhǎng)發(fā)機(jī)械剝離法：是最早用于制備石墨烯的方法,主要通過(guò)機(jī)械力從新鮮石墨晶體的表面剝離出石墨烯片層。早期的機(jī)械剝離法所制得的石墨薄片通常含有幾十至上百個(gè)片層,隨著技術(shù)方法的改進(jìn),逐漸可以制備出層數(shù)為幾個(gè)片層的石墨薄片。機(jī)械剝離法被廣泛用于石墨烯片層的制備,特別在石墨烯的一些光學(xué)、電學(xué)性能研究中,一般均以機(jī)械剝離法作為主要的制備方法。與其他方法相比較，機(jī)械剝離法是最簡(jiǎn)單的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件的要求非常簡(jiǎn)單，并且容易獲得高質(zhì)量的石墨烯。但制備的石墨烯薄片尺寸不易控制、重復(fù)性差，產(chǎn)率較低,而且難以規(guī)模化制備單層石墨烯。采用粘膠

2、帶的方式，膠帶采用特殊的3M思高牌膠帶。使用鑷子夾取16cm長(zhǎng)的思高牌膠帶貼附在高定向熱解石墨片表面，輕輕壓實(shí)，使膠帶和石墨片緊緊貼附，慢慢撕下。膠帶表面會(huì)粘附有很薄的一層石墨薄片，然后把膠帶的兩端對(duì)折，使石墨薄片夾在膠帶具有粘性一側(cè)的中間，輕輕的壓實(shí)，慢慢撕下，平穩(wěn)的將石墨薄片一分為二。完美的剝離，剝離的石墨薄片表面如原子般平滑，復(fù)制出的石墨薄片是發(fā)亮的。重復(fù)3到l0次剝離，直到膠帶上出現(xiàn)顏色如墨水斑點(diǎn)一樣的石墨薄片。小心的將附有石墨薄片的膠帶貼附在氧化的硅片上，輕輕擠壓掉膠帶和硅片之間的空氣，使樣品和膠帶完全貼附，保持l0min，慢慢從硅片表面撕下膠帶。這時(shí)數(shù)千小片石墨

3、都粘到了硅片上，而其中部分樣品就是少層、甚至單層的石墨烯。氧化石墨還原法該方法主要采用強(qiáng)酸(如濃硫酸和發(fā)煙硝酸等)將本體石墨進(jìn)行氧化處理,通過(guò)熱力學(xué)膨脹或者強(qiáng)力超聲進(jìn)行剝離,利用化學(xué)還原法或其它方法將氧化石墨烯還原為石墨烯。所以，主要過(guò)程就分為氧化和還原兩個(gè)階段。氧化階段：目前,對(duì)本體石墨進(jìn)行氧化處理多采用Hummers法。一般步驟為：將石墨粉和無(wú)水NaNO3加入置于冰浴內(nèi)的濃H2SO4中，以KMnO4為氧化劑進(jìn)行氧化處理，用30%H2O2還原剩余的氧化劑，最后過(guò)濾、洗滌、真空脫水得到GO。為了進(jìn)一步強(qiáng)化其氧化強(qiáng)度,還可以利用過(guò)K2S2O8和P2O5對(duì)本體石墨進(jìn)行預(yù)氧化處理

4、后,再進(jìn)行Hummers法氧化。還原階段：目前實(shí)驗(yàn)主要使用的是化學(xué)還原方法。在80~100℃和快速攪拌條件下，加入化學(xué)還原劑反應(yīng)24h，最終得到石墨烯產(chǎn)物。常用的還原劑有水合肼、硼氫化鈉和對(duì)苯二銨等。水合肼由于還原性強(qiáng)、還原效果明顯、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前在還原過(guò)程中被廣泛采用。該種方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高，應(yīng)用廣泛，是大量生產(chǎn)石墨烯的最佳途徑之一。但由于利用了強(qiáng)酸的氧化性對(duì)石墨進(jìn)行氧化處理，因此所制備的產(chǎn)物引入了諸多晶格缺陷，容易導(dǎo)致一些物理、化學(xué)性能的損失，尤其是導(dǎo)電性能的下降。還原方法的改進(jìn)：（1）采用氫電弧放電方法解離氧化石墨，不僅可以去除石墨上的含氧基團(tuán)，還可以愈合結(jié)構(gòu)缺

5、陷，從而進(jìn)而提高了石墨烯的質(zhì)量。（2）利用還原性糖(如葡萄糖、果糖)還原氧化石墨制備得到石墨烯，該方法為大規(guī)模制備石墨烯提供了一種綠色而簡(jiǎn)便的制備方法。（3）電化學(xué)家將電化學(xué)方法引入石墨烯的制備當(dāng)中,并取得了良好效果。即通過(guò)恒電位電化學(xué)還原法，在玻碳電極上直接對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行電化學(xué)還原，制得石墨烯產(chǎn)物，建立了綠色、快速的制備石墨烯的方法?；瘜W(xué)氣相沉積法CVD法制備石墨烯時(shí)一般過(guò)程為：先在基底(Si/SiO2)表面形成一層過(guò)渡金屬薄膜，以此金屬膜為催化劑，以CH4為碳源，經(jīng)氣相解離后在過(guò)渡金屬膜表面形成石墨烯片層，最后通過(guò)酸液腐蝕金屬膜得到石墨烯。文獻(xiàn)報(bào)道用于CVD法制備石墨

6、烯的過(guò)渡金屬有Cu，Co，Pt,及Ni等。由于傳統(tǒng)的CVD法需要用到金屬作為催化劑與生長(zhǎng)附著物，因此在最后的產(chǎn)物中通常會(huì)殘存金屬元素。為消除雜質(zhì)，獲得更高純度的石墨烯產(chǎn)物，各類無(wú)需使用催化劑的改進(jìn)型CVD法相繼被報(bào)道。如以H2和CH4為載氣，在等離子體作用下可直接進(jìn)行進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到厚度均勻的單層、雙層或三層石墨烯產(chǎn)物。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可制備出面積較大的石墨烯片，但由于現(xiàn)階段工藝不成熟及較高的成本限制了其規(guī)模應(yīng)用。外延生長(zhǎng)發(fā)（SiC分解法）利用6H-SiC的熱分解作用來(lái)制備石墨烯片層，即以單晶6H-SiC為原料，在超低真空(1×10-10Torr)下高溫(1200~14

7、50℃)熱分解其中的Si，最后得到連續(xù)的二維石墨烯片層膜。另外，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)生成的石墨烯是沿著SiC下方取向附生。所以通過(guò)在SiC基底上預(yù)先鍍一層Ni膜，可以使得反應(yīng)溫度降低到750℃，以實(shí)現(xiàn)了石墨烯的低溫制備。該方法雖然可以用于大規(guī)模制備，但需要高溫條件下，且難以控制石墨烯的附生形態(tài)和吸附能量。TheEnd!!!謝謝