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石墨烯的主要制備方法有哪幾種?

發(fā)布日期:2019-02-15 作者: 點(diǎn)擊:

石墨烯分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。常見的石墨粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長(zhǎng)法。石墨烯薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法(CVD)。石墨烯纖維

一、石墨烯粉體生產(chǎn)方法

1、機(jī)械剝離法

機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運(yùn)動(dòng),得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡(jiǎn)單,得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)[2] 。24年英國(guó)兩位科學(xué)使用透明膠帶對(duì)天然石墨進(jìn)行層層剝離取得石墨烯的方法,也歸為機(jī)械剝離法,這種方法一度被認(rèn)為生產(chǎn)效率低,無法工業(yè)化量產(chǎn)。

近年來,產(chǎn)業(yè)界對(duì)于石墨烯的生產(chǎn)方法進(jìn)行了大量的研發(fā),目前在廈門、廣東等省市已經(jīng)有幾家公司攻克了大規(guī)模制備石墨烯的生產(chǎn)瓶頸,使用機(jī)械剝離法工業(yè)化量出成本低、品質(zhì)高的石墨烯。

2、氧化還原法

氧化還原法是通過使用、等化學(xué)試劑及、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化,增大石墨層之間的間距,在石墨層與層之間氧化物,制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗,并對(duì)洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥,制得氧化石墨粉體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對(duì)氧化石墨粉體進(jìn)行剝離,制得氧化石墨烯。后通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原,得到石墨烯(RGO)。這種方法操作簡(jiǎn)單,產(chǎn)量高,但是產(chǎn)品質(zhì)量較低[3] 。氧化還原法使用、等強(qiáng)酸,存在較大的危險(xiǎn)性,又須使用大量的水進(jìn)行清洗,帶大較大的環(huán)境污染。石墨烯纖維

石墨烯纖維

使用氧化還原法制備的石墨烯,含有較豐富的含氧官能團(tuán),易于改性。但由于在對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原時(shí),較難控制還原后石墨烯的氧含量,同時(shí)氧化石墨烯在陽(yáng)光照射、運(yùn)輸時(shí)車廂內(nèi)高溫等外界影響下會(huì)不斷的還原,因此氧化還原法生產(chǎn)的石墨烯逐批產(chǎn)品的品質(zhì)往往不一致,控制品質(zhì)。

目前不少人將氧化石墨、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯概念理解混淆。氧化石墨呈棕色,為石墨與氧化物聚合體。 氧化石墨烯系將氧化石墨剝離至單層、雙層或寡層后的產(chǎn)物,含有大量的含氧基團(tuán),因此氧化石墨烯不導(dǎo)電,氧化石墨烯性質(zhì)活躍,在使用過程中是參與高溫材料加工過程中,會(huì)不斷還原并釋放出等氣體。 通過將氧化石墨烯還原之后的產(chǎn)品,才能稱為石墨烯(還原氧化石墨烯)。

3、SiC外延法

SiC外延法是通過在真空的高溫環(huán)境下,使硅原子升華脫離材料,剩下的C原子通過自組形式重構(gòu),從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯,但是這種方法對(duì)設(shè)備要求較高。[4] 

二、石墨烯薄膜生產(chǎn)方法

CVD是使用含碳?xì)怏w為原料進(jìn)行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產(chǎn)石墨烯薄膜的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質(zhì)量高的特點(diǎn),但現(xiàn)階段成本較高,工藝條件還需進(jìn)一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨(dú)使用,附著在宏觀器件中才有使用價(jià)值,例如觸摸屏、加熱器件等。


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