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1、石墨烯的制備方法及其性能研究摘要：石墨烯是近幾年發(fā)展起來的非常有潛力的一種新型碳材料，其厚度只有0.335rnn，具有優(yōu)異的物理和化學性能，引起了科學家們的廣泛關注。近來石墨烯制備方法的研宄取得了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了許多關于石墨烯制備的新工藝。大量引用近幾年的參考文獻，綜述了石墨烯的結構和性能并介紹了一些制備方法，主要包括機械剝離法、化學氣相沉積法、氧化一還原法以及液相分散法等。旨在針對石墨烯的制備工藝，分析比較了各種制備方法的優(yōu)缺點，并對未來應用領域的發(fā)展趨勢進行了展望。本文采集自網(wǎng)絡，本站發(fā)布的
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3、等采用機械剝離法獲得了單層石墨烯并發(fā)現(xiàn)其獨特電子學特征，又一次引起了科學界對石墨烯的研究熱潮。隨后研究人員又采用機械剝離法、氧化還原方法、化學氣相沉積法、溶劑熱法、外延生長法、電還原法、有機合成法、液相分散法等方法合成Y石墨烯，這些方法的使用方便了人們對其結構、性能及應用進行深入的研宄，并逐步解幵石墨烯神秘的謎底。英國曼切斯特大學的Gcim課題組利用極其簡單的膠帶剝離石墨的方法第一次制備出了穩(wěn)定的高品質的單層和少數(shù)幾層石墨烯。2005年，Geim和Kim兩個課題組在《Nature》雜志上均報道了石
4、墨烯獨特的電子性質，從此石墨烯因其獨特的力學、電學、光學、熱學等性質引起了全世界范圍內(nèi)對這一材料的理論研宄與實驗探索。石墨烯的發(fā)現(xiàn)不僅突破了原有的二維原子晶體不能存在的思維定式，激發(fā)了其他二維材料的研究，而且填補了碳材料家族中一直缺失的二維成員，進而形成了從零維富勒烯、一維碳納米管、二維石墨烯到三維金剛石和石墨的完整體系（圖1）。2010年首次制備出石墨烯的兩位科學家Geim和Novoselov榮獲諾貝爾物理學獎，表彰了他們在研宄石墨稀中所做的創(chuàng)新性研究。1石墨烯的結構及性能1.1石墨烯的結構石墨
5、烯的理論厚度為0.335nm，是其他各維材料的基本組成單位。單層石墨烯是單原子層緊密堆積的二維晶體結構，而右墨烯并不是理想的平面結構，碳原子以六元環(huán)形式周期性排列于石墨烯平面內(nèi)。一維碳納米管可以看作是卷成圓簡狀的石墨烯。石墨烯六角網(wǎng)面之間通過丌電子相互作用形成三維體相石墨，所以石墨具有層狀結構，并呈各向異性。石墨烯所具有的獨特的電子結構決定了其優(yōu)異的電學性能。研究表明石墨烯的電子遷移率隨載流子濃度和溫度的變化很小，只受石墨烯內(nèi)部的缺陷和本身晶格震動所造成的散射影響。石墨烯是零帶隙半導體，具有獨特的
6、載流子特性和特殊的線性光譜特征，所以單層石墨烯的電子結構與傳統(tǒng)的金屬和半導體有所不同。1.2石墨烯的性能在外部機械力的作用下，原子面發(fā)生自適應扭曲，這種變化使得碳一碳鍵不容易斷裂，從而石墨烯的品格結構能夠保持相對穩(wěn)定，因此，石墨烯強度較大。石墨烯穩(wěn)定的晶格結構使得它具有非常好的導熱性能，有關實驗測得石墨烯的熱導率可達到5000W/m?K,禁帶寬度幾乎為零，這遠高于在室溫下測得金屬銅的熱導率(400W/m?K),甚至也高于金剛石和碳納米管的熱導率。與普通金屬材料熱脹冷縮的性質不同，石墨烯的熱導率隨溫
7、度的升高而降低。由于石墨烯鋸齒形邊緣擁有孤對電子，因而使石墨烯具有潛在的磁性能。通過對石墨烯不同方向的裁剪及化學改性可以對其磁性能進行調(diào)控，研宄表明分子在石墨烯表面的物理吸附可以改變其磁性能。原則上石墨烯在從可見到近紅外波段的光照下很容易達到飽和，石墨烯的這一性質使其可用作光纖激光器鎖模的可飽和吸收體，產(chǎn)生超快激光。此外，石墨烯由于具有極高的力學性能和電學性能，在作為聚合物基體的增強功能化添加劑方面被認為據(jù)有廣泛的研究前景。石墨烯作為一種二維碳原子單原子層納米材料，是石墨的基本組成單元。研究表明其
8、具有特殊的電子特性，諸如室溫量子霍爾效應、無損輸運、并具有高模量、高強度等力學特性?；仡櫶钾摌O材料的研究歷史，早期關于硬碳負極材料的研究就己經(jīng)發(fā)現(xiàn)石墨烯片層可以提高鋰電池的儲存能量和循環(huán)效能。2石墨烯的制備方法2.1機械剝離法機械剝離法是最早成功制得石墨烯的方法，在2004年由英國曼徹斯特大學的Geim和Novoselov等首次報道。他們用氧等離子束在高取向熱解石墨（HOPG）表面刻蝕出深5um的溝槽，形成多個寬為20um?2mm的平臺。將刻蝕過的HOPG壓制在光刻膠上，去除平臺以
