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常见石墨烯制备方法

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1俗称的石墨烯产品主要分类:
单层石墨烯(Graphene):指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene):指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA‘堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
少层石墨烯(Few-layer):指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
多层或厚层石墨烯(multi-layer graphene):指厚度在10层以上10nm以下苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯(Graphenes):是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。
2主要制备方法
制备石墨烯常见的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法(CVD)。
机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动,得到石墨烯薄层材料的方法。这种方法操作简单,所需的设备和技术含量看起来都很低,得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构,但是得到的片层小,生产效率低。弄点儿样品做研究还可以。要论产业化,这手段毫无用途。哪怕你掌握了全世界的石墨矿,一天又能剥下来几片?
氧化还原法是通过将石墨氧化,先将石墨氧化成“层层细分”的氧化石墨烯薄片,再经过还原反应,得到石墨烯。国际上最有名的是Brodie法(1859年),Staudenmaier法(1898年)和Hummers法(1958年),均以科学家的名字命名。但是,这些方法要么存在爆炸性的隐患,要么会产生重金属污染或者有毒气体,同时制备时间至少在10小时以上,制备过程中得非常小心。以最常见的Hummers法为例,它是利用高锰酸钾当氧化剂,生产过程中产生的锰离子会造成重金属污染,且氧化锰中间体也很容易发生爆炸。还有一种氧化还原法,使用铁系氧化剂,取代了沿用半个多世纪的氯系、锰系氧化剂。这种铁氧化剂分子的‘奔跑’速度很快,能像楔子一般,快速穿插进入石墨内部,让石墨很快分层。这一过程中还会产生氧气,而气体会帮助‘顶’开层层石墨,让制备速度加快。
碳化硅薄膜外延生长法,在两层硅中间直接设法长出一层石墨烯来。在超高真空的高温环境下,使硅原子升华脱离材料,剩下的碳原子通过自组形式重构,从而得到基于碳化硅衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯,但是这种方法对设备要求较高。
液相剥离法:把石墨或者类似的含碳材料放进表面张力超高的液体里,然后超声轰炸把石墨烯雪花炸下来。
化学气相沉积法:让含碳的气体在铜表面上冷凝,形成的石墨烯薄层再剥下来。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点,但现阶段成本较高,工艺条件还需进一步完善。


IP属地:云南1楼2018-05-06 21:41回复