- 上一篇：糠醛缩5-（3-硝基苯基）-1,3,4-噻二唑-2-胺Schiff碱的 合成及结构表征
- 下一篇：异丁烯制高活性聚异丁烯工艺设计
石墨烯是世界上已知材料中最薄的，厚度只有0.335nm。石墨烯中的每个碳原子都与相邻的3个碳原子相连，其C-C键长约为0.142nm，每个晶格内有3个σ键，因此成为史上最牢固的材料之一。
石墨烯是一种超轻材料。以一个正751边形碳环为结构单元，由于每个碳原子只1/3属于正751边形，所以这个正751边形的碳原子数为2。正751边形面积为0.052nm2，由此计算出石墨烯的面密度为0.77mg/m2。同时石墨烯也具有优异的光学性能，单层石墨烯吸收2.3%的可见光，即透光率为为97.7%。由于单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透过率一次相差2.3%，可以根据石墨烯薄膜的可见光透过率估算其层数。用非交互狄拉克-费米子理论模拟石墨烯的透过率，也可以得到相同的理论。在光学显微镜下，观察不同层数的石墨烯会显示出不同的颜色，为石墨烯辨别层数带来很大的方便。
石墨烯的碳原子连接很柔韧，对其施加外力，碳原子会发生弯曲变形，从而使得石墨烯具有很高的稳定性。迄今为止，科学工作者还没有发现石墨烯中存在碳原子缺失。但是在2007年，Meyer[6]等人观察到石墨的单层并不完全平整，表面会有一定的褶皱，很有可能单层石墨烯是通过在表面形成褶皱或吸附其它分子文持自身的稳定性。另外石墨烯还有优异的电学性能。由于石墨烯中有电子的自由移动，使石墨烯具有良好的导电性能[6]，其电子在轨道中移动时，不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。石墨烯作为碳单质的一个最大特性就是在室温条件下传递电子的速度比目前所有的导电材料快，是由于石墨烯中电子的运动速度比一般的导电材料快很多。石墨烯在室温下的电子迁移速率高达15000cm2•V-1•s-1[7]。加州大学的研究人员[6]通过实验发现，石墨烯的热导率比单壁碳纳米管和多壁碳纳米管高，表明石墨烯作为导热材料有很好的应用前景。此外，石墨烯还具有完美的量子隧道效应及半整数的量子霍尔效应等一系列性质[8]。
除了以上特性，石墨烯还具有其它的一些物理化学特性，如高的理论比表面积、磁学性能和高吸附性能等[6]。
1.1.2石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化-还原法、化学合成法及外延生长法。
（1） 微机械剥离法
微机械剥离法是通过机械力来剥离石墨原料从而制备单层或者多层石墨烯的方法。
Geim等[1]用氧等离子体首先在lmm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出宽20µm~2mm、深5µm的微槽，然后将其用光刻胶粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭以得到石墨烯微片，随后将粘有微片的玻璃放入丙酮中超声，由于范德华力或毛细管力，石墨烯会吸附到丙酮下面的硅片上。他们用此法首先得到了单层石墨烯并研究了其电学性质。Jayasena等[1]报道了一种制备多层石墨烯的机械剥离方法。他们先将HOPG切割成较小的正方体，然后用固定在超声振动装置上的单晶金刚石来切割小块HOPG从而得到石墨烯，超声震动的应用减少了石墨烯的缺陷。Pu等[1]用超临界CO2剥离石墨来制备多层石墨烯，他们先将天然石墨粉放人高乐容器中，然后通入CO2使容器乐力达到10MPa，并加热容器使其温度为45℃，此时石墨粉处于超临界CO2液体中，经过30min后CO2会扩散人石墨层间，降压时石墨层间的CO2将快速膨胀，从而达到剥离石墨制备石墨烯的目的。
微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。
（2） 化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD) 首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。