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《石墨烯的制備及其表征分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、石墨烯的制備與表征分析呂生華，邱超超（陜西科技大學資源與環(huán)境學院，陜西西安，710021）摘要:本文重點分析了制備石墨烯的幾種不同方法，包括：機械剝離法、石墨插層法、電弧放電法、化學氣相沉積法、溶劑剝離法與溶劑熱法等，并且評述了這幾種方法的特點及存在的問題。介紹了石墨烯的幾種表征方法，并闡述了其未來的發(fā)展前景。關鍵詞：石墨烯；表征；制備；性能Abstract:Preparationmethodsofgraphenearemainly:mechanicalexfoliationmethod,graphiteinte
2、rcalationmethod,arcdischargemethod,chemicalvapordepositionmethod,solventexfoliationmethodandsolvothermalmethod,etc.Thecharacteristicsandexistentialproblemsofabovementionedpreparationmethodsareanalyzed.Finally,severalcharacterizationmethodsofgraphenearesummari
3、zed,andthefuturedevelopmentofgrapheneisalsomentioned.Keywords:graphene;characterization;preparation;property1引言每隔幾年,總會有一些具有特殊性質的材料被發(fā)現并引起科學界的轟動,比較典型的例子是高溫超導體及碳納米管的發(fā)現。而于2004年被發(fā)現的石墨烯[1],由于具有許多特殊的性質,一經發(fā)現即毫無疑問地成為目前材料科學界的研究熱點。它的出現徹底顛覆了70年前由Landau和Peierls提出的絕對二維晶體是熱
4、力學不穩(wěn)定的且不可能存在的傳統理論。石墨烯是由碳原子按正六邊形緊密排列成蜂窩狀晶格的單層二維平面結構。因為可以由石墨烯卷成零維的富勒烯及一維的碳納米管以及堆積成三維的石墨，所以它被稱之為“石墨之母”。石墨烯是單層原子厚度的石墨，具有二維蜂窩狀網格結構。各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列也保持結構穩(wěn)定。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于石墨烯片平面內π軌道的存在，電子可在晶體中自由移動，使得石墨烯具有十分優(yōu)異的電子傳輸性能。
5、由于石墨烯具有優(yōu)異的導電性，自2004年被英國曼徹斯特大學研究組發(fā)現后[2]，不斷有新的成果被報道。Fang課題組[3]發(fā)現石墨烯和PMMA較大熱膨脹系數差別是產生周期性褶皺原因，這些周期性褶皺會影響石墨烯的電學性質。美國伊利諾大學香檳分校的一項實驗結果表明[4]，石墨烯邊緣的晶體取向會對其導電性能產生相當重要的影響。美國加州大學圣迭戈分校等機構的科學家發(fā)現石墨烯是一種“透明”的導體，可以用來替代現在的液晶顯示器件的ITO透明電極。納米材料石墨烯，因其具有很多特殊性質，比如零能隙，反常的量子霍耳效應，朗道量子性等
6、，吸引了國內外學者從凝聚態(tài)電子結構、輸運性質到相對論的研究等眾多方面的研究興趣。雖然石墨烯剛剛被發(fā)現不久，目前也已經有了一定的應用領域，但是制備石墨烯的方法都比較復雜，整個工藝過程很難控制，且只能生產少量的石墨烯納米薄膜。雖然石墨烯作為工程材料具有很大的應用前景，然而如何有效方便地制備出高質量二維石墨烯納米薄膜是發(fā)展研究和應用的關鍵所在。因此，應尋找一種快速的、可控的高質量石墨烯納米薄膜的制備工藝。72石墨烯的制備方法2.1微機械剝離法2004年,石墨烯的發(fā)現者Geim等[5]用一種極為簡單的方法--微機械剝離法
7、成功地制備并觀測到單層石墨烯。他們首先用光刻膠將高定向熱解石墨轉移到玻璃襯底上,然后用透明膠帶進行反復粘貼將高定向熱解石墨剝離,隨后將粘有石墨烯片的玻璃襯底放入丙酮溶液中超聲振蕩。再將單晶硅片放入丙酮溶劑中,單層石墨烯片會由于范德華力或毛細管作用吸附在單晶硅片上,從而成功地制備了二維的石墨單層。最近,Knieke等[6]利用濕法研磨法在室溫下研磨普通石墨粉,成功的對石墨的片層結構進行了剝離,制備了單層和多層的石墨烯片。為了防止剝離出來的石墨烯片的團聚,研磨過程中加入陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉以穩(wěn)定石墨烯片。該
8、法工藝簡單,成本低廉,但費時費力,重復性差,難以大規(guī)模制備。2.2化學還原石墨烯氧化物法氧化石墨一般是通過最常用的Hummers法進行制備[7]。該法以石墨粉為原料,經過強氧化劑濃硫酸和高錳酸鉀的氧化,石墨的層間被插入了羥基、環(huán)氧及羧基等含氧基團,拉大了石墨的層間距,從而得到了石墨氧化物。然后通過超聲作用,將石墨氧化物剝離得到單層的石墨烯氧化物(GO)。對GO進行還原,可
