石墨烯制備方法
2017-03-28 17:17 來源:礦材網 編輯:礦材網

 石墨烯是一種由單層碳原子SP2雜化堆積成的具有二維蜂窩狀晶體結構的碳質材料。理想的石墨烯結構是平面六邊形點陣,每個碳原子都與3個相鄰的碳原子之間形成3個連接十分牢固的σ鍵,剩余的一個P電子在垂直石墨烯平面的方向上,與周圍原子形成貫穿全層的大π鍵,此電子可以自由移動,賦予石墨烯良好的導電性。石墨烯因其獨特的二維晶體結構,具有很多優異的性能。

 1、石墨烯制備方法這幾年石墨烯的制備方法不斷被改進,以便能制備出層數可控、大面積、高質量、低成本的石墨烯。目前主要使用的方法有剝離法、化學氣相沉積法、還原氧化石墨法、外延生長法、溶液合成法、刨開納米管法等,其各有優缺點。

 1.1剝離法。從堆積的石墨中剝離獲得石墨烯,工藝簡單、制作成本低,是最經濟的方式。主要的剝離法有機械剝離、電化學剝離、熱膨脹剝離和溶劑剝離法等。其中機械剝離法最為常用,通過外力的作用,從石墨晶體表面剝離出石墨烯層,轉移到載體表面獲得石墨烯。

 1.2還原氧化石墨法。石墨與強氧化劑反應后,會在其邊緣接上一些官能團,或者層間插入一些物質,能更容易地剝離出氧化石墨烯然后還原得到石墨烯,反應中所使用的還原劑決定產物的質量。還原氧化石墨法以成本低、產率高、利于工業化生產等優點成為熱門的方法。

 1.3化學氣相沉積法。一種通過化學反應高溫分解含碳的化合物在基片上生長石墨烯的技術,以其產物面積大、導電率高成為制備石墨烯的一種主要方法,尤其是以SiO2為基體所制備的石墨烯是重要的電設備材料,但所需的反應溫度較高。

1.4外延生長法。在單晶表面外延生長石墨烯,再通過化學刻蝕將其從基片上轉移下來。主要是加熱SiC單晶表面,脫附Si原子來制備石墨烯,也有用到NiC的。但是SiC單晶表面結構復雜,很難得到大面積、厚度均一的石墨烯。

 2、石墨烯的應用

 基于石墨烯所具有的優良性能以及其制備方法的日漸成熟,石墨烯成為高速晶體管、高靈敏度傳感器、超級電容器、復合材料、H2儲存以及高效太陽能電池等器件的核心材料。

 2.1晶體管

 石墨烯遠比硅高的載流子遷移率,零禁帶特性、僅0.34nm的極薄的厚度,尤其是特有的超大比表面積使其對于制備大規模集成設備很有優勢。

 2.2超級電容器

 石墨烯具有良好的導電性和超大的比表面積,同時其片之間形成的微孔結構利于電解液滲透和電子傳輸,是超級電容器的理想電極材料。

 2.3傳感器

 石墨烯因其獨特的二維結構在傳感器中有廣泛應用,具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應時間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質并保持其活性等特點,能提升傳感器發各項性能。

 2.4太陽能電池

 由于石墨烯在寬的波長范圍內具有很高的透過率和載流子遷移率,結合優異的力學性能和穩定性,因而是有望替代有毒、價格昂貴、對酸性和中性環境敏感、熱穩定性較差、吸收光譜范圍較小的氧化銦錫,是理想的透明電極材料。

 2.5生物醫學

 石墨烯及其衍生物在納米藥物運輸系統、生物檢測、生物成像、腫瘤治療方面的應用廣闊。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細菌分析、DNA和蛋白質檢測。

 

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