石(shí)墨稀六種製備方法
一、機械剝離(lí)法
機械剝離法是(shì)利用(yòng)物體(tǐ)與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運動,得到(dào)石(shí)墨(mò)烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單,得到的石墨烯通常保持著完整的晶體(tǐ)結構。2004年,英國兩位科學使用透明膠(jiāo)帶對天然(rán)石墨(mò)進行層層剝離(lí)取得石墨烯(xī)的(de)方法,也歸(guī)為(wéi)機械剝離法,這種方法一度(dù)被(bèi)認為生產(chǎn)效率低,無法工業化量產。 雖然這種方法可以製備微米大(dà)小的石墨烯,但是其可控性較低,難以實現大規模合成。
二、氧化(huà)還原法
氧化還原法是通過使用硫酸(suān)、硝酸等化學試劑及高錳酸鉀、雙氧水等(děng)氧化劑將天然石墨氧化,增大(dà)石墨層之間的間距,在石墨層與層之間插入氧化物,製得氧化(huà)石墨(Graphite Oxide)。然後將反應物進行水洗,並對洗淨後的固體進行低溫幹燥,製得氧化石(shí)墨粉體。通過物理(lǐ)剝離、高溫膨脹等方(fāng)法對氧化石(shí)墨粉體進行剝離(lí),製得氧化石墨烯。最後(hòu)通過化學法將氧化石墨烯還原,得到(dào)石墨(mò)烯(RGO)。這種方法(fǎ)操作簡單,產(chǎn)量高,但是產品質量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸,存在(zài)較大的危險性,又須使用大(dà)量的水進行清洗,帶大(dà)較大的環境汙染。
使用氧化還原法製備的(de)石(shí)墨烯,含有(yǒu)較豐富的含氧官能團,易於改性。但由於(yú)在對氧化石墨烯進行還原時,較難控製還原後石墨烯的氧含量,同時氧化石墨烯(xī)在陽光照射、運輸(shū)時車廂內高溫等外界每件影響下會不斷的還原,因此氧化還原法生產的石墨烯逐批產品的品質往往不一致,難以控(kòng)製品質。
三、 取向附生法(fǎ)
取向附生法是利用生長基質原(yuán)子結構“種(zhǒng)”出石(shí)墨(mò)烯,首先讓碳原子在1150℃下滲(shèn)入(rù)釕,然後冷(lěng)卻,冷卻到850℃後,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表麵,最終鏡片(piàn)形狀(zhuàng)的單層的碳原子會長(zhǎng)成完整(zhěng)的一層石(shí)墨烯。第一層覆蓋後,第二層開(kāi)始生長。底層(céng)的石墨烯會(huì)與釕產生強烈的相(xiàng)互作(zuò)用,而第二(èr)層後(hòu)就幾乎(hū)與釕完全分離,隻剩下弱電耦合。但采用這種方法生產的石墨烯薄片往往厚度不均(jun1)勻,且石墨烯和(hé)基質之間的黏合會(huì)影響碳層的特(tè)性。
四(sì)、碳化矽外(wài)延法
SiC外延法是通過在(zài)超高真空的高溫環境下,使矽原子升華脫離(lí)材料,剩下的C原子通過自組形式重構,從而得到基於SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高(gāo)質量的石墨(mò)烯,但是這種方法對設備要求較高。
五、赫默法
通過(guò)Hummer法製備氧化石(shí)墨;將氧化石墨放入水中超聲分散,形成均勻分散、質量濃度為0.25g/L~1g/L的氧化(huà)石墨烯溶液,再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加(jiā)質量濃度為28%的氨水;將還原劑溶於水中(zhōng),形成質量濃度為0.25g/L~2g/L的水(shuǐ)溶液(yè);將配製的氧(yǎng)化石墨烯溶液和還原劑水溶液混合均勻,將所得混合溶液置於油浴條件下攪拌,反應完畢後,將混合物過濾洗滌、烘幹後(hòu)得到石墨烯。
六、化學氣相沉(chén)積法
化學氣相沉積法即(CVD)是使用含碳有機氣體為原料進行氣(qì)相沉積製得石墨烯薄膜的方法。這是目(mù)前生(shēng)產石墨烯薄(báo)膜最有效的方法。這種方法製備的石墨烯具有麵積大和質量(liàng)高的特點,但現階段成本較高,工藝條件還需進一步完善。由於石墨烯薄膜的厚(hòu)度很薄,因此大(dà)麵積(jī)的石墨烯薄膜無法單獨(dú)使(shǐ)用,必須附著在宏觀(guān)器件中才有使(shǐ)用價(jià)值,例如觸摸(mō)屏(píng)、加(jiā)熱器件等。
低壓氣相沉積法是部分學者使用的,其將單層石(shí)墨烯在Ir表麵上生成,通過進一步研究可知,這種石墨烯結構可(kě)以跨越金屬台階,連續性的和(hé)微米(mǐ)尺度的單層碳(tàn)結構逐漸在Ir表麵上形成。 毫米量級的(de)單晶石墨烯是利用表(biǎo)麵偏析的方法得到的。厘米量(liàng)級的石(shí)墨烯(xī)和在多晶Ni薄膜上外(wài)延生長石墨烯是(shì)由部分(fèn)學者發現的,在1000℃下加熱300納米厚的Ni 膜表麵,同時(shí)在CH4氣氛中進行暴(bào)露,經(jīng)過一段時間(jiān)的反應後,大麵積的少(shǎo)數層石墨烯(xī)薄膜會在金屬表麵(miàn)形成。
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