石墨烯的制备方法.ppt

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 1450 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s