石墨烯的制备方法

龙源期刊网石墨烯的制备方法作者：杨吴来源：《山东工业技术》2018年第02期摘要：石墨烯由于在性能方面别具一格，最近几年中于化学以及材料等领域受到了重点的关注，同时，面向石墨烯的获取方式同样有了新的突破。本次研究的重点方向就是由物理与化学两方面入手，分析石墨烯的制备途径，同时简单论述了其今后前进的方向。关键词：石墨烯；制备；物理；化学DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.206如今我们的社会持续进步着，大众的需求不断多元化，面向材料的挑选也进一步精细。而碳元素属于含量很高的一类元素，它表现出与众不同的特性以及变化多端的形态，并慢慢被研究者所熟知乃至应用。回顾以往：石墨以及金刚石的形态于1924年被发掘；富勒烯在1985年进入了大众的视野；而1991年碳纳米管诞生；到了2004年，石墨烯终于问世了，它是在碳纳米管诞生后属于富勒烯家族的全新纳米级材料，其诞生让材料方面得到了拓展，构筑起了对应的完整体系结构。由2004到今天为止，涉及到石墨烯的探析新闻突然激增，其逐步朝着物理、材料以及化学方面的核心话题进军。获得石墨烯的手段并不唯一，其基本能够划分成物理法以及化学法两类。1物理法制备石墨烯物理方法往往利用便宜的石墨充当原材料，加以实施诸如机械剥离法、液相直接剥离法的多类手段以获取单层抑或多层石墨烯。上述的手段具有原材料购买方便，过程较为简洁，获得的石墨烯纯净等优势，相对来说没有明显的不足。1.1机械剥离法机械剥离法也可以是微机械剥离法属于便捷程度最高的手法，也就是直接由规模突出的晶体为基础剥离成片的石墨烯。在2004年，利用更为方便的微机械剥离法将石墨烯薄片于高定向热解石墨中转移下来，证实了单层石墨烯真实存在。然而这种途径暴露出相应的不足，像是剥离的成品规格方面存在波动，有时制备的石墨烯无法达到尺寸要求，所以无法投入到工业之中进行推广。1.2取向附生法一晶膜生长以PeterW.Sutter为首的研究者通过稀有金属钌充当生长基础，通过这一金属的原子结构培育石墨烯。具体就是在1150℃环境中将碳原子注入钌，进而将温度调到850℃，进入金属的碳原子纷纷涌向钌的表层，总而得到了附着在这一金属表层的类似镜片的单层碳原子，这层薄膜龙源期刊网不断生长，也就得到了整片石墨烯。再首层覆盖率超过八成后，第二层又生成了。由于底下的石墨烯和原本金属双方发生显著的作用，所以第二层成熟后将与上一层实现脱离，仅残余弱电耦合，如此获取到成片的石墨烯。这一生长模式带来的石墨烯通常厚度参差不齐，同时石墨烯以及金属双方一旦出现粘连将不利于石墨烯发挥性能。1.3液相和气相直接剥离法将石墨烯投放于特定的有机溶液之内，通过超声波还有升温抑或气流的影响获取某一浓度的石墨烯溶液，这一过程就是液相还有气相直接剥离法的具体操作。由于用来制备的石墨烯多为便宜的，这一环节也并非化学过程，所以液相还有气相直接剥离法获得石墨烯的途径表现出投入量小、简单可行、产物品质优良的优势，然而其在产量上显著不足，同时伴随成团严重、必须加以稳定剂清除环节等不足。2化学法制备石墨烯现下用于实验室操作的石墨烯大多采取化学方法获得，这一手段起初将苯环还有另外的芳香体系设置为核，利用多步偶联反应让苯环等有机结构的6个碳原子都替换成其他原子，持续这个过程，扩充芳香体系的规模，获取相对大规模的平面石墨烯。以此为前提，人们持续进行优化，将氧化石墨还原法推向了彰显出无尽前景的配置石墨烯还有另外原料的手段。同时，类似的途径还有化学气相沉积法以及晶体外延生长法，其均能够配置纯良的石墨烯。2.1化学气相沉积法现下配置大规模优良的纯净石墨烯的几率最高的就是化学气相沉积CVD法，其同时属于最适合投入大规模生产的方式。其配置的环节包括：把碳氢化合物甲烷、乙醇添置于经过升温的Cu、Ni表面，保持一会再进行降温，冷却时金属表层出现或是很多或者单独的石墨烯层，这一环节涉及了碳原子于金属内溶解还有渗透成长两块内容。这一手段对照金属催化外延生长法相近，它的优势在于能够于很低的温度中实现，进而能够限制配置环节内的能耗量，同时石墨烯和金属能够利用化学腐蚀金属的形式加以划分，能帮助落实进一步的加工。2.2外延生长法外延生长方法涉及碳化硅以及金属催化外延生长法。碳化硅外延生长法过程为：升温SiC单晶体，让它内部的Si原子外流，余下碳原子实现结构的转换，进而获取以SiC为基底的石墨烯。金属催化外延生长法的过程为：以真空为前提，把碳氢化合物投放于表现出催化功效的金属基底内，升高温度让吸附气体作用于化合物获取石墨烯。气体于吸附环节内能够充斥全体金属基底，同时这一环节属于自限环节，也就是金属吸入气体后不会再次重复，所以，获取的石墨烯大部分属于单层，同时能够大规模获得规格平稳的石墨烯。龙源期刊网氧化石墨还原法氧化石墨还原法的过程为：把石墨投放在强氧化性混合酸中内部，通常使用的是浓硝酸，再投入诸如高锰酸钾的强氧化剂获取氧化石墨水溶胶，加以超声操作获取氧化石墨烯，最终以还原的方式获取石墨。此过程属于现下应用广泛的石墨烯获取途径。详细地说也就是现以诸如浓硝酸的强氧化剂完成石墨氧化操作，氧化过程也就是于石墨内部结构添置含氧官能团，这样增宽石墨层，经过施加超声波后，获取或是单层或是多层的石墨烯片。随后诸如硼氢化钠的还原剂能够将氧化的石墨烯转换为石墨烯。其他的获得石墨烯的手段还涉及碳纳米管切割法、离子注入法、还有爆炸法等。3结语伴随人们面向知识探索脚步的加快，石墨烯的突出性能以及内含的优点正一步步得到开发，另外，石墨烯目前于材料、化学等多种多样的领域之中得到了广泛的好评。现下涉及石墨烯的探究依然基本聚焦在相对基础的方向，怎样在工业应用中大规模批量获得石墨烯，同时把握它的培育区域，进而完成石墨烯依照预计形状成长，以上属于今后探索的关键方向之一。现在要应该加强面向现存技艺的优化，寻找更便捷可行的配置渠道。