【《石墨烯的性质及制备方法概述》1400字】

石墨烯的性质及制备方法概述1.1石墨烯的性质石墨烯是以sp2杂化而成的二维蜂窝状物质，是其它维度碳材料的基本单元REF_Ref73004167\r\h[6]，它翘起来为0D富勒烯，卷起来为1D碳纳米管，层层堆积为3D石墨（图1），它是世界上最薄的最坚硬的物质REF_Ref73004189\r\h[7]，比表面积大，可达到2630m2REF_Ref73004219\r\h[8]，导热性最高达（5000W∙m−1∙K−1）REF_Ref73004422\r\h[9]；在室温下载流子迁移率达2×105cm2/（V∙s）REF_Ref73004440\r\h[10]，透光率达97.7%REF_Ref73004489\r\h[11]，抗拉强度达125GPa，弹性模量达100GPaREF_Ref73004510\r\h[12]。此外，其基本结构非常稳定，这是因为它基本结构为C=C连接的苯环结构REF_Ref73004532\r\h[13]。图1SEQ图·\*ARABIC\s11单层石墨烯及其同素异形体的变化示意图REF_Ref73004602\r\h[14]1.2石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要有机械剥离、液或气相直接剥离、SiC外延生长、化学氧化还原、化学气相沉积；N型掺杂、P型掺杂REF_Ref73004639\r\h[15]等等。以下为几种常用的方法。机械剥离法石墨由一层层的石墨烯堆叠而成，石墨和石墨烯的关系如同一本书和书中的一张纸，因此可以采用类似于一页页的撕书的方法，将石墨烯一层一层的剥离开来。每一层的石墨烯之间是通过分子力来连接，由于分子力很小，使用很小的力便可以将两层石墨烯撕开。早年间，用透射电镜和原子力显微镜观测石墨片时，由于针尖会作用在石墨上，而针尖上的力足以打破分子力的束缚，因此会得到少量的石墨烯。采用这种方法可以获得性能和质量很好的石墨烯，但是这一方法比较慢,耗时间而且费力气，效率低，只适合于在实验室中制作，研究石墨烯的性质结构，并不适合产业化。（2）外延生长法这种方法是某种物质如SiC在真空和高温的条件下，或者常压高温的条件下会发生气化，气化之后就剩下C原子，然后将其沉积在基体的表面，就形成了石墨烯。这种方法是一种比较不错的方法，因为可以制备很多的石墨烯，而且所得到的石墨烯的质量也很不错。（3）化学气相沉积法在化学气相沉积设备中加热某些固体气体或者液体，在真空高温条件下会发生裂解，分解出碳原子，这些碳原子会依附在基体上，最后形成石墨烯。铜是当前使用这种方法在制备石墨烯时中最常用的基体。首先因为碳原子在铜中的溶解度很低，碳原子进入铜基体的数量有限，碳在铜基体上附着之后，产生一层石墨烯，之后就会自动停止附着，就不会再形成新的石墨烯层，所以说铜可以制备出单层的石墨烯，这就是因为碳原子在铜中的溶解度很低的效果。例如镍，它对碳原子的溶解度很高，若是以镍最为基体的话，会生长很多层石墨烯，这是不利于石墨烯的制备和研究的。而且除此之外铜对碳源、温度、压力等要求很低，这就说明对于实验设备的要求也不高，有助于减少实验成本。目前虽然对石墨烯在铜基体上的生长机理仍不太明确，有人支持外延生长也有人认为是催化生长,但是以铜作为基体仍然是用CVD法制备石墨烯的最佳的选择。（4）化学剥离法化学剥离类似于机械剥落，都可以是一种自上而下的过程。化学剥离获得的是氧化的石墨烯，因为它是用的强氧化剂使用会使石墨烯发生氧化，强氧化剂是插入到石墨之中，然后就会是这一层的石墨烯氧化，被氧化之后的石墨烯在特定的溶液中剥离就会脱离出来，这样一来就可以获得石墨烯，而且这种氧化石墨烯可以稳定的分散在水、DMF、Nm等多种溶剂中的氧化石墨烯而且可以大规模的制备。(5)化学合成法从小分子一步步增加，逐渐形成石墨烯分子，也是传统的有机合成方法。这种方法可以人为的控制所制备的石墨烯的结合，但是这种方法的高于过程很复杂、时间很长且产率极低,目前也只适合在实验室中，作为实验室的研究来使用。表1-1几种石墨烯制备方法优劣制备工艺优点缺点机械剥离成本低，工艺简单，分布不均且数量少外延