文档介绍：石墨烯的制备综述
2004年,英国曼彻斯特大学的Geim等使用将胶带粘在一块石墨上然后再撕下来的简单方法,首次制备并观察到单层石墨烯。开启了石墨烯材料的研究热潮,石墨烯具有理想的单原子层二维晶体结构,由六边形晶格组成,这种特殊的结构赋予了石墨烯的制备综述
2004年,英国曼彻斯特大学的Geim等使用将胶带粘在一块石墨上然后再撕下来的简单方法,首次制备并观察到单层石墨烯。开启了石墨烯材料的研究热潮,石墨烯具有理想的单原子层二维晶体结构,由六边形晶格组成,这种特殊的结构赋予了石墨烯材料独特的热学、力学和电学性能。目前,已经将石墨烯应用于锂离子电池电极材料、超级电容器、太阳能电池电极材料、储氢材料、传感器、光学材料、药物载体等方面,展示了石墨烯材料广阔的应用前景。石墨烯的研究已经进入快速发展阶段,石墨烯已经成为当今新材料中的'明星”材料。石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料植被研究的兴趣,石墨烯材料的制备方法已报道的有:机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。
1、微机械剥离法
2004年,Geim等首次用微机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,目前只能作为实验室小规模制备。
2、化学气相沉积法
化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。
麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉,通入含碳气体,如:碳氢化合物,它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,通过轻微的化学刻蚀,使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这种薄膜在透光率为80%,成为目前透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯,但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵,这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求,但成本较高,工艺复杂。
3、氧化-还原法
氧化-还原法制备成本低廉且容易实现,成为制备石墨烯的最佳方法,而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法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,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。
氧化-还原法被提出后,以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法,得到广大石墨烯研究者的青睐。Ruoff等发现通过加入化学物质例如二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团,就能得到石墨烯。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。