1.4.1 机械剥离法
机械剥离法是最早的制备石墨烯的方法,在2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,他们采用的就是这种方法[6]。Geim小组使用氧等离子在HUPG表面刻蚀微槽,同时用光刻胶将刻蚀的微槽转移到玻璃衬底上,随后用透镜胶带进行反复撕揭,HUPG的厚度会逐渐降低,在衬底上会有些很薄的片层留存,单层石墨烯也在其中。把贴有微片的玻璃衬底放到丙酮溶液中进行超声,之后把单晶硅片放到溶液中,在范德华力作用下单层石墨烯会吸附在硅片表面。机械剥离法可以制备质量较高的石墨烯,且工艺简单、制作成本低,但产率不高,表面清洁度不高,不适应工厂化生产,只能在实验室小规模制备。
1.4.2 化学气相沉积法(CVD法)
化学气相沉积法是制作半导体薄膜材料的方法,石墨烯出现后被用来制备石墨烯,化学气相沉积法是指在气态条件下反应物质发生化学反应,生成沉积在加热的固态基体表面的固态物质,进而制备出固体材料的工艺技术,CVD法是可以规模化制备质量较高的石墨烯的制备方法。
麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在研究使用CVD法制备石墨烯。他们使用一种以镍为基片的简易沉积炉,向其中通入含碳气体,气体在高温下分解使碳沉积在基片表面制备出石墨烯,这种石墨烯成为透明导电薄膜的潜在替代品。虽然CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯,但是单晶镍的价格太昂贵,使石墨烯工业化生产难以进行[7]。
1.4.3 氧化还原法
氧化还原法是利用氧化石墨烯作为前躯体,通过加入还原剂除去氧化石墨烯中的含氧基团得到石墨烯的方法,氧化石墨烯是石墨与强氧化物资反应后经超声分散得到[8]。相对于其他石墨烯制备方法,氧化还原法的原料丰富,设备及操作过程简单,制备出的石墨烯的可加工性好,因此备受国内外科学家的关注。氧化-还原法能够生产出稳定的石墨烯悬浮液,使石墨烯难以分散在溶剂中的问题得到解决。氧化-还原法的缺点是容易带来废液污染并且制备的石墨烯存在例如五元环、七元环等拓扑缺陷或-OH基团的结构缺陷,这些缺陷会导致石墨烯损失部分电学性能,限制石墨烯的应用。
1.4.4 液相或气相剥离法
通常直接把石墨或膨胀石墨加到某种有机溶剂或水中, 借助超声波、加热或气流对石墨的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液.本课题中的等离子放电制备石墨烯方法与之类似,可以归结到这类方法之中。这整个制备过程不涉及化学变化, 液相或气相直接剥离法制备石墨烯的方法成本低、操作简单、产品质量高, 但同时存在只能生产少量的单层石墨烯且片层团聚严重,需继续除去稳定剂的缺点。为克服这种缺陷,Knieke 等[9]采取一种特殊设备高速剪切含十二烷基磺酸钠的石墨水溶液从而制备出石墨烯的方法,经过一段时间后可制备出大量厚度小于3nm石墨烯。这种方法在较短的周期内和较低的成本下可制备出大量石墨烯
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