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石墨烯四大主流制备方法

添加时间:2016-07-07 12:36  录入:本站  来源:原创

  千赢国际娱乐官网制备手艺的快速成长。自2004年Geim等初次用微机械剥离法制备出石墨烯以来,科研人员又开辟出浩繁制备石墨烯的方式。此中比力支流的方式有外延发展法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法等。

  现有制法还不克不及满脚石墨烯财产化的要求。包罗微机械剥离法、外延发展法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法正在内的浩繁制备方式目前仍不克不及满脚财产化的要求。出格是财产化要求石墨烯制备手艺能不变、低成当地出产大面积、纯度高的石墨烯,这一制备手艺上的问题至今尚未处理。

  石墨烯起首由微机械剥离法制得。微机械剥离法便是用通明胶带将高定向热解石墨片按压到其他概况长进行多次剥离,最终获得单层或数层的石墨烯。2004年,Geim,Novoselov等就是通过此方式界上初次获得了单层石墨烯,证了然二维晶体布局正在常温下是能够存正在的。

  微机械剥离方式操做简单、制做样素质量高,是当前制取单层高质量石墨烯的次要方式。但其可控性较差,制得的石墨烯尺寸较小且存正在很大的不确定性,同时效率低,成本高,不适合大规模出产。

  外延发展方式包罗碳化硅外延发展法和金属催化外延发展法。碳化硅外延发展法是指正在高温下加热SiC单晶体,使得SiC概况的Si原子被蒸发而离开概况,剩下的C原子通过自组形式沉构,从而获得基于SiC衬底的石墨烯。

  金属催化外延发展法是正在超高实空前提下将碳氢化合物通入到具有催化活性的过渡金属基底如Pt、Ir、Ru、Cu等概况,通过加热使吸附气体催化脱氢从而制得石墨烯。气体正在吸附过程中能够长满整个金属基底,而且其发展过程为一个自限过程,即基底吸附气体后不会反复接收,因而,所制备出的石墨烯多为单层,且能够大面积地制备出平均的石墨烯。

  CVD法被认为最有但愿制备出高质量、大面积的石墨烯,是财产化出产石墨烯薄膜最具潜力的方式。化学气相沉淀CVD法具体过程是:将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni概况,反映持续必然时间后进行冷却,冷却过程中正在基底概况便会构成数层或单层石墨烯,此过程中包含碳原子正在基底上消融及扩分发展两部门。该方式取金属催化外延发展法雷同,其长处是能够正在更低的温度下进行,从而能够降低制备过程中能量的耗损量,而且石墨烯取基底能够通过化学侵蚀金属方式容易地分手,有益于后续对石墨烯进行加工处置。

  三星用这种方式获得了对角长度为30英寸的单层石墨烯,显示出这种方式做为财产化出产方式的庞大潜力。但该过程所制备出的石墨烯的厚度难以节制,正在沉淀过程中只要小部门可用的碳改变成石墨烯,且石墨烯的转移过程复杂。

  氧化石墨还原法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方式之一。该方式操做简单、制备成本低,能够大规模地制备出石墨烯,已成为石墨烯制备的无效路子。别的该方式还有一个长处,就是能够先出产出同样具有普遍使用前景的功能化石墨烯--氧化石墨烯。

  其具体操做过程是先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨,氧化过程即正在石墨层间穿插一些含氧官能团,从而加大了石墨层间距,然后经超声处置一段时间之后,就可构成单层或数层氧化石墨烯,再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯。

  其他制备石墨烯的方式还有碳纳米管切割法、石墨插层法、离子注入法、高温高压HPHT发展法、爆炸法以及无机合成法等。

  制备大面积、高质量的石墨烯仍然是一个较大的挑和。虽然化学气相沉淀法和氧化还原法能够大量的制备出石墨烯,可是化学气相沉淀法正在制备后期,对于石墨烯的转移过程比力复杂,并且制备成本较高,别的基底内部C发展取毗连往往存正在缺陷。操纵氧化还原法正在制备时,因为单层石墨烯很是薄,容易团聚,导致降低石墨烯的导电机能及比概况积,进一步影响其正在光电设备中的使用,别的,氧化还原过程中容易惹起石墨烯的晶体布局缺陷,如碳环上碳原子的丢失等。

  制法限制石墨烯财产化。石墨烯的各类顶尖机能只要正在石墨烯质量很高时才能表现,跟着层数的添加和内部缺陷的累积,石墨烯诸多优胜机能都将降低。要实正的实现石墨烯使用的财产化,表现出石墨烯替代其他材料的优胜质量,必需正在制备方式上寻求冲破。只要适合工业化的石墨烯制法呈现了,石墨烯财产化才能实正到来。

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