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石墨烯的几种制备方法

发表时间:2021-11-30 16:59

1、机械剥离法 mechanical exfoliation 通过施加物理机械力(如摩擦力、拉力等)将石墨晶体解理制备石墨烯材料的方法。机械剥离的石墨烯质量很高,剥离出来的一般是几百个纳米、或者微米的石墨烯片层。但是这种方法存在一些缺点如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,一般用于石墨烯的性质研究,产量非常非常低,转移也很具有挑战,因此不能满足工业化需求。

2、化学气相沉积法 chemical vapor disposition 高温下含碳原子气体在衬底(如金属或非金属等)表面分解并沉积生成石墨烯材料的方法。 低压化学气相沉积法。低压对设备的要求稍微高一些,可制备大面积的石墨烯薄膜,质量没有机械剥离的高,但与氧化法等制备的石墨烯比较而言质量高很多。 常压化学气相沉积法。常压比起低压而言,对设备的要求低一些,可制备大面积的石墨烯薄膜,质量较高。

3、氧化还原法 oxidation reduction 通过先将石墨氧化成氧化石墨,然后将氧化石墨解理,进而通过还原来制备石墨烯材料的方法。这种方法包括常用的 Hummers 法、Standenmaier法、Brodie 法等。 氧化石墨还原法制备石墨烯是将石墨片分散在强氧化性混合酸中,例如浓硝酸和浓硫酸,然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂氧化得到氧化石墨(GO)水溶胶,再经过超声处理得到氧化石墨烯,最后通过还原得到石墨烯。这是目前最常用的制备石墨烯的方法。 这种方法环保、高效,成本较低,并且能大规模工业化生产。其缺陷在于强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性,影响电子性质,因而在一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。 氧化还原法制备的石墨烯是粉末,石墨烯的缺陷较大,但是可以实现大量生产、大规模的应用,并且易于和别的物质复合,易于改性研究。

4、高温裂解法 high temperature pyrolysis 在高温(借助催化剂或无催化剂)条件下,将含有碳元素的化合物(如碳化硅SiC等)通过热裂解的方式生成石墨烯的方法。

5、插层剥离法 intercalation exfoliation 将其他原子或分子(如溴Br2,氯化铁FeCl3,有机分子等)插入到石墨层间,进而将石墨解理制备石墨烯材料的方法。

6、液相剥离法 liquid exfoliation 在溶剂(如NMP、DMF等)中或添加表面活性剂的水溶液中通过超声直接将石墨解理制备石墨烯材料的方法。相对质量较高,产量一般,为石墨烯粉末。


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