浅谈石墨烯的制备
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发布时间：2024-10-24 12:53
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时间：2024-11-12 00:58
机械剥离法，最早由 Rodney S Ruoff 等人于 1999 年提出，通过使用氧等离子体刻蚀石墨表面并使用原子力显微镜探针精确操控，剥离出单层石墨烯。后来，Geim 等人进一步改进了方法，通过粘贴和撕下光刻胶和胶带，再在丙酮溶液中超声处理，最后将硅片放入丙酮溶液中，使得石墨烯片层自动吸附到硅片上。此法得到的石墨烯质量较高，但产率低、尺寸小且层数难以控制，主要用于实验室研究。
液相剥离法，相较于机械剥离法能处理大量石墨，通常使用超声和合适的液相体系环境。2008 年，Yenny Hernandez 等人将石墨分散在 N-甲基吡咯烷酮中并通过超声实现石墨剥离，离心后得到的石墨烯浓度为 0.01 mg/mL，单层石墨烯的产率为 1%。2009 年，北大侯仰龙教授团队从膨胀石墨出发，使用乙腈作溶剂，通过热辅助、超声和离心，得到产率为 10%-12% 的高质量石墨烯。
氧化还原剥离法是目前最广泛应用的方法，其基本思路是在强酸性介质中氧化石墨破坏其共轭结构，引入含氧官能团，削弱层间的范德华力，得到氧化石墨（GO），再通过超声进一步分离加入还原剂还原得到还原氧化石墨烯（rGO）。Hummers 法是现阶段常用的方法，即在浓硫酸介质中以高锰酸钾和*钠为氧化剂氧化石墨。氧化还原法成本低廉，可实现批量化生产，但氧化过程破坏自身共轭结构，以及还原不彻底，导致石墨烯缺陷较多。
化学气相沉积法是目前最有可能得到大面积、高质量石墨烯的方法，通过甲烷、乙醇等碳源在高温下分解释放出碳原子，并在金属基底上生长石墨烯。根据金属基底的不同，CVD 有两种生长机制：渗碳析碳生长和表面吸附生长。Sukang Bae 等人采用卷对卷工艺，用 CVD 法制得 30 英寸高质量单层石墨烯薄膜，面电阻低至约，透光率为 97.4%，具有半整数量子霍尔效应。
外延生长法以 SiC 为原料，在高温、低压环境中，利用 Si 原子的升华速度比 C 原子快得多将 Si 去除，只留下 C 在其表面生长形成石墨烯。外延生长能实现石墨烯的大面积、高均一性生长，但条件苛刻，成本高，石墨烯难以与基底分离，*了工业化应用。
有机合成法以多环芳烃作为前驱体，在溶液中经可控反应制备出厚度低于 5 nm 的大片石墨烯，类似于富勒烯的全合成，展示了合成石墨烯的新途径。
