化学法制备石墨烯的方法

2013-06-11 真空技术网 真空技术网整理

  石墨烯具有独特的结构和优异的性能, 近年来在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣,并且在石墨烯的制备上已取得了不少的进展。本文主要讲解了化学法制备石墨烯的方法

  目前实验室用石墨烯主要通过化学方法来制备,该法最早以苯环或其它芳香体系为核,通过多步偶联反应使苯环或大芳香环上6个C均被取代,循环往复,使芳香体系变大,得到一定尺寸的平面结构的石墨烯。在此基础上人们不断加以改进,使得氧化石墨还原法成为最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其材料的方法。除此之外,化学气相沉积法和晶体外延生长法也可用于大规模制备高纯度的石墨烯。

化学气相沉积法制备石墨烯

  生物学气质联用累积法的的基本原理是将是一个或三种气态有害物质接入到1个体现腔内会出现生物学体现,制成是一个新的资料累积在衬底外面。它是近年来操作范围广泛的是一个大占比制造业化备制半导保护膜资料的技术水平。   Srivastava等利用徽波增加化学式气质联用堆积法在邮包有Ni的Si衬底上生长发育到20 nm的样子板材的尺寸的花骨朵状的石墨片,并钻研了徽波工作效率长宽比对石墨片形貌的反应。赢得了比之后的制得的方式得出的板材的尺寸更小的石墨片,究报告是因为:徽波工作效率越大,石墨片越小,但体积密度不大,用此的方式制得的石墨片内含较多的Ni 要素。

  Kim等在Si衬底上添加一层厚度小于300 nm的Ni,然后在1000 °C的甲烷、氢气和氩气的混合气流中加热这一物质,再将它迅速降至室温。这一过程能够在Ni层的上部沉积出6~10层石墨烯。通过此法制备的石墨烯电导率高、透明性好、电子迁移率高(~3700 cm2 /(V·s)),并且具有室温半整数量子Hall 效应。用制作Ni层图形的方式,能够制备出图形化的石墨烯薄膜,这些薄膜可以在保证质量的同时转移到不同的柔性衬底上。这种转移可通过两种方法实现:一是把Ni用溶剂腐蚀掉以使石墨烯薄膜漂浮在溶液表面,进而把石墨烯转移到任何所需的衬底上;另外一种则是用橡皮图章式的技术转移薄膜。

  化学工业色谱的堆积法可具备范围化提纯优服务质量、大绿地面积石墨稀的规范,但现环节而使较高的代价、复杂性的加工制作、精确度的掌控加工制作前提条件掣肘了这般技术提纯石墨稀的趋势,亟需进几步学习。

外延生长法制备石墨烯

  Clarie Berger等利用此种方法制备出单层和多层石墨烯薄片并研究了其性能。通过加热,在单晶6H-SiC的Si-terminated (00001)面上脱除Si制取石墨烯。将表面经过氧化或H2蚀刻后的样品在高真空度下(UHV; base pressure 1.32×10-8 Pa)通过电子轰击加热到1000 °C以除掉表面的氧化物(多次去除氧化物以改善表面质量),用俄歇电子能谱确定氧化物被完全去除后,升温至1250-1450℃,恒温1-20 min。在Si表面的石墨薄片生长缓慢并且在达到高温后很快终止生长,而在C表面的石墨薄片并不受限,其厚度可达5到100层。形成的石墨烯薄片厚度由加热温度决定。这种方法可以得到两种石墨烯:一种是生长在Si 层上的石墨烯, 由于接触Si 层,这种石墨烯的导电性能受到较大影响;另一种是生长在C 层上的石墨烯,具有优良的导电能力。两者均受SiC 衬底的影响很大。这种方法条件苛刻(高温、高真空)、且制得的石墨烯不易从衬底上分离出来,不能用于大量制造石墨烯。

氧化石墨还原法制备石墨烯

  空气脱色石墨备份法治备石墨稀是将石墨片吸附在强空气脱色性混合物酸中,举例子浓硝酸铵和浓盐酸,再建立高锰酸钾或氯酸钾强等空气脱色剂空气脱色得出空气脱色石墨(GO)水溶胶,再经途超声心动图工作得出空气脱色石墨稀, 最后的实现备份得出石墨稀。这现在最先用的制法石墨稀的工艺。   石墨身也是种憎水溶性的的东西,不过脱色的的操作过程产生组成了过多的形式弊病,许多弊病或许经1100℃退火办理是不能是完全消灭,因而GO表面能和边沿造成过多的羟基、羧基、丙稀酸等基团,也是种亲水溶性的东西。因许多官能团的造成,GO可能与一些免疫试剂造成发应,得出渗透型的脱色的的石墨烯材料。并且GO层差距(0.7~1.2nm)也较最初石墨的层差距(0.335nm)大,有益于于一些的东西原子的插层。备制GO的法子通常情况下有3 种:Standenmaier 法、Brodie 法和Hummers 法。备制的首要目的均为重用强质子酸办理石墨,组成石墨层间类化合物,但是假如强脱色的的剂对其进行脱色的的。GO回归的手段例如化学反应液质回归、热回归、等化合物体法回归、氢弧光自放电剥离技术、超临介水回归、阳光照射回归、萃取剂热回归、红外光回归等。   Stankovich等初次将鱼鳞石墨硫化并不集中于河中,最后用水合肼将其备份,在备份过程中中食用100原子量的聚苯氯乙稀磺酸钠(PSS)对硫化石墨层表面层通过吸收快件,以免 探亲。是因为PSS 与纳米物料相互之间有不强的非共价键功用(π−π堆积物力),杜绝了纳米物料片层的集结,使该和好物在河中具备较佳的溶于性(1mg/mL),所以制得出了PSS快件的改良硫化石墨单面。在根基上,Stankovich等制得出了具备低的渗滤值(约0.1%体积大概考试分数)和好的导电性能方面(0.1S/m)的改良三层纳米物料/聚苯氯乙稀和好物料。   这样办法坏保、效率高,成本投入较低,但会能大市场规模工艺化生产的。其一些缺陷是强脱色剂会厉害受到破坏纳米材料的智能电子技术无线结构特征同时多晶体的完整的性,决定智能电子技术无线材质,以至在一段层度受限制制了其在高精密的微智能电子技术无线行业的APP。