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石墨烯常见的粉体生产方法有哪些?

石墨烯的研究热潮也引起了国内外材料和植被研究的兴趣。目前已报道的石墨烯材料的制备方法有:机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法。微机械剥离法2004年,首次采用微机械剥离法,成功从高取向热解石墨中观察到单层石墨烯。利用这种方法,团队成功制备了准二维石墨烯,并观察了其形态,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。通过微机械剥离法可以制备高质量的石墨烯。然而,由于其产量低、成本高,不能满足工业化和大规模生产的要求。目前,它只能用于实验室的小规模制备。化学气相沉积法首次在大规模制备石墨烯方面取得了新的突破。

石墨烯常见的粉体生产方法有哪些?

CVD法是指在气体条件下,通过反应物的生化反应,将固体材料沉积在加热的固体基体表面,从而产生固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等人、韩国成均馆大学的Hong等人和普渡大学的Chen等人正在使用CVD法制备石墨烯。他们使用一个简单的管状镍基沉积炉,将含碳气体(如碳氢化合物)送入炉内,这些气体在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,然后通过轻微的化学蚀刻将石墨烯从镍上分离。

这种薄膜在80%的透光率下可以达到电导率,使其成为目前透明导电薄膜的潜在替代品。通过CVD法可以制备高质量、大面积的石墨烯,但作为理想基底材料的单晶镍价格过于昂贵,这可能是影响石墨烯工业生产的重要因素。CVD法可以满足大规模制备高质量石墨烯的要求,但成本高,工艺复杂。

氧化还原法 氧化还原法成本低、易实现,已成为制备石墨烯的最佳方法,可制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题。REDOX法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨,通过超声分散制备氧化石墨烯(单层氧化石墨烯),并加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。

石墨烯的合成方法主要有两种:物理方法和化学方法。物理方法是从具有高晶格完备性的石墨或者类似的材料来获得,获得的石墨烯都在80nm以上.而化学方法是通过小分子的合成或溶液分离的方法制备的,得到的石墨烯尺寸在10nm以下. 其中物理方法包括:机械分离法,取向附生法和加热SiC的方法、爆炸法;化学方法包括石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法。微机械分离法,最普通的是微机械分离法,直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯,并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦,体相石墨的表面会产生絮片状的晶体,在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。取向附生法—晶膜生长,是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯,首先让碳原子在1 1 5 0 ℃下渗入钌,然后冷却,冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面,最终它们可长成完整的一层石 墨烯。第一层覆盖 8 0 %后,第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用,而第二层后就几乎与钌完全分离,只剩下弱电耦合,得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。

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