石墨稀六種製備方法
一、機械剝離法
機械剝離法是利用物體(ti) 與(yu) 石墨烯之間的摩擦和相對運動,得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單,得到的石墨烯通常保持著完整的晶體(ti) 結構。2004年,英國兩(liang) 位科學使用透明膠帶對天然石墨進行層層剝離取得石墨烯的方法,也歸為(wei) 機械剝離法,這種方法一度被認為(wei) 生產(chan) 效率低,無法工業(ye) 化量產(chan) 。 雖然這種方法可以製備微米大小的石墨烯,但是其可控性較低,難以實現大規模合成。
二、氧化還原法
氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化,增大石墨層之間的間距,在石墨層與(yu) 層之間插入氧化物,製得氧化石墨(Graphite Oxide)。然後將反應物進行水洗,並對洗淨後的固體(ti) 進行低溫幹燥,製得氧化石墨粉體(ti) 。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體(ti) 進行剝離,製得氧化石墨烯。最後通過化學法將氧化石墨烯還原,得到石墨烯(RGO)。這種方法操作簡單,產(chan) 量高,但是產(chan) 品質量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸,存在較大的危險性,又須使用大量的水進行清洗,帶大較大的環境汙染。
使用氧化還原法製備的石墨烯,含有較豐(feng) 富的含氧官能團,易於(yu) 改性。但由於(yu) 在對氧化石墨烯進行還原時,較難控製還原後石墨烯的氧含量,同時氧化石墨烯在陽光照射、運輸時車廂內(nei) 高溫等外界每件影響下會(hui) 不斷的還原,因此氧化還原法生產(chan) 的石墨烯逐批產(chan) 品的品質往往不一致,難以控製品質。
三、 取向附生法
取向附生法是利用生長基質原子結構“種”出石墨烯,首先讓碳原子在1150℃下滲入釕,然後冷卻,冷卻到850℃後,之前吸收的大量碳原子就會(hui) 浮到釕表麵,最終鏡片形狀的單層的碳原子會(hui) 長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋後,第二層開始生長。底層的石墨烯會(hui) 與(yu) 釕產(chan) 生強烈的相互作用,而第二層後就幾乎與(yu) 釕完全分離,隻剩下弱電耦合。但采用這種方法生產(chan) 的石墨烯薄片往往厚度不均勻,且石墨烯和基質之間的黏合會(hui) 影響碳層的特性。
四、碳化矽外延法
SiC外延法是通過在超高真空的高溫環境下,使矽原子升華脫離材料,剩下的C原子通過自組形式重構,從(cong) 而得到基於(yu) SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯,但是這種方法對設備要求較高。
五、赫默法
通過Hummer法製備氧化石墨;將氧化石墨放入水中超聲分散,形成均勻分散、質量濃度為(wei) 0.25g/L~1g/L的氧化石墨烯溶液,再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加質量濃度為(wei) 28%的氨水;將還原劑溶於(yu) 水中,形成質量濃度為(wei) 0.25g/L~2g/L的水溶液;將配製的氧化石墨烯溶液和還原劑水溶液混合均勻,將所得混合溶液置於(yu) 油浴條件下攪拌,反應完畢後,將混合物過濾洗滌、烘幹後得到石墨烯。
六、化學氣相沉積法
化學氣相沉積法即(CVD)是使用含碳有機氣體(ti) 為(wei) 原料進行氣相沉積製得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產(chan) 石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法製備的石墨烯具有麵積大和質量高的特點,但現階段成本較高,工藝條件還需進一步完善。由於(yu) 石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大麵積的石墨烯薄膜無法單獨使用,必須附著在宏觀器件中才有使用價(jia) 值,例如觸摸屏、加熱器件等。
低壓氣相沉積法是部分學者使用的,其將單層石墨烯在Ir表麵上生成,通過進一步研究可知,這種石墨烯結構可以跨越金屬台階,連續性的和微米尺度的單層碳結構逐漸在Ir表麵上形成。 毫米量級的單晶石墨烯是利用表麵偏析的方法得到的。厘米量級的石墨烯和在多晶Ni薄膜上外延生長石墨烯是由部分學者發現的,在1000℃下加熱300納米厚的Ni 膜表麵,同時在CH4氣氛中進行暴露,經過一段時間的反應後,大麵積的少數層石墨烯薄膜會(hui) 在金屬表麵形成。
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