1。3。3 溶液剥离法
溶液剥离法首先将经过特殊处理的石墨和选定的溶剂按一定的配比,制成较低 浓度的分散液。然后将分散液放入容器中进行密封处理进行超声,超声的高速剪切 会削弱石墨烯层与层之间的范德华力,这样溶剂容易入侵其中,使得层间距越来越 大,当层间距达到一定程度就会迫使石墨烯层的分离,最终石墨烯就制备而成了 [16][17]。2014 年 Paton 等科研人员将经过预处理的石墨很好的分散在 N-甲基吡咯烷 酮 (N-Methyl Pyrrolidone,NMP)溶剂中[18],利用超声的高速剪切作用来实现快速有 效地剥离石墨层,然后得到少层石墨烯稳定分散液,通过此种方法的操作,可以得 出一种石墨烯大量生产的有效方法。溶液剥离法制备石墨烯的整个过程非常简单, 要求也不算太高,而且反应过程都只是物理变化,没有一点化学反应,因此所得产 品纯净、优质。一般来说不会有特殊的结构缺陷,但是这种方法的效率低下,不适 合进行量产,因此商业应用价值比较低。
1。3。4 氧化还原法
氧化还原法本着先氧化后还原的基本思路,起先利用强氧化剂对经过处理的石 墨进行预氧化,然后当石墨的表层氧化后形成一些含氧亲水基团,比如羟基、羧基 等,这时通过超声处理,便可以轻易的分离氧化石墨烯。
现今对氧化石墨的还原方法比较主流的是化学还原和热还原法。化学还原法的 大致流程一般是先将分离出的氧化石墨烯放入水等常用溶剂中,然后对其进行超声 处理,使石墨烯均匀分散。最后在分散过后的均一溶液里,加入常用的强还原剂 NaBH4 等对氧化石墨烯进行还原。还原的过程中需防止石墨烯片层的团聚热还原法 也是比较简单可行的操作方法[19],它主要原理是利用高温加热,使氧化石墨烯中的 含氧官能团受热分解成小分子脱出,这样过程简单,不需要其他化学试剂,对环境 也有间接的保护作用。氧化石墨化学还原法制备的石墨烯会存在还原不完全的五元 环、七元环等缺陷结构这些会直接影响产品的导电性能[20],因此这种还原方法的不 足之处还有待新的解决方案。氧化还原的操作简单,产率高,成本低,对环境具有 间接的保护作用,因此被目前大量的广泛利用制备高产量的石墨烯。文献综述
1。3。5 溶液中三维石墨烯凝胶的自组装
从聚合物科学和物理化学的观点来看,GO 和 rGO 是具有疏水基面和亲水含氧 基团功能两亲的 2D 共轭聚电解质[21]。晶面范德华力和 CMGs 的静电斥力之间的亲 水-疏水平衡调节其溶液特性,导致在水介质中 GO 和 rGO 的自组装行为。在 2008 年,Li 等人已发现 rGO 分散体的稳定性取决于其浓度[22]。稳定的 rGO 分散体可以 由具有相对低浓度的 GO 水溶液化学还原获得。然而在临界 GO 浓度 0。5mgmL-1 以 上,rGO 可以在没有其他成分的协助下在水中形成凝胶。最近,自组装已被证实作 为构建具有层次结构及基于胶体化学原理的新颖功能的三维石墨烯结构的有力技 术[23]。
1。3。6 化学气相沉积法
CVD 法,即化学气相沉积法(英文名称 Chemical Vapor Deposition ,简称 CVD),具体过程主要是将碳氢化合物甲烷、乙醇等按一定比例以气体形式通入到 高温的金属衬底 Ni、Cu 表面,反应持续一定时间后迅速冷却,冷却过程中会在衬 底表面形成单层或多层石墨烯。化学气相沉积法制备石墨烯的影响因素有许多,例 如,衬底的种类、碳源的种类、生长温度、生长时间、氛围气体的比例、以及生长 环境压力等等。通过改变这些因素,有望对石墨烯的生长过程进行调控,制备出不 同类型,质量和层数的石墨烯。同时这种方法可以以任一特定形状和结构的 3D 支 架或层状膜,产生三维多孔石墨烯网络。所以通过具有三维结构的镍泡沫为衬底进行 三维石墨烯的生长,已经成功证明 CVD 方法是合成三维微结构化的石墨烯泡沫的 一种有效方法[24]。