1  前言

1。1  石墨烯的基本性质研究

1。1。1  石墨烯的结构和性质来自优O尔P论R文T网WWw.YoueRw.com 加QQ7520`18766

碳是自然界中万事万物的重要组成物质之一，也是构成生命有机体的重要元素。石墨和金刚石是两种典型的单质碳，除此之外，碳材料还包括活性炭、碳黑、煤炭和碳纤维等非晶形式。2004年石墨烯出现在了碳材料的族谱中，它的发现者安德烈-海姆和康斯坦丁-挪诺沃肖洛夫获得了2010年诺贝尔物理学奖，同时也将石墨烯的研究推向了一个新的高度。石墨烯是一种单原子的具有二维平面结构的碳材料[1]，其基本结构是有机材料中最为稳定的苯六元环，其结构如图1所示。

图1 石墨烯结构图

    石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料[2]，它是已知最薄的一种材料，单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0。335纳米。石墨烯具有许多奇特而优异的性能：如热导率（约5000J/（m·K·s））、载流子迁移率（2×105cm2/（V·s））以及比表面积（理论计算值2630m2/g）等均比较高，还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象［3］。这些优异的性能和独特的纳米结构，使石墨烯成为近年来广泛关注的焦点［4］。

1。1。2  石墨烯的制备

由于石墨烯具有比表面积大、导电性强、合成成本低且能够批量生产的优点，使它成为科学研究的热点，目前报道的石墨烯制备方法有化学气相沉积法、机械剥离法、外延生长法、氧化还原法等。

1。化学气相沉积法

石墨烯的化学气相沉淀法通常是把Cu、Ni等具有催化功能的基底，在腔体中加热到高温，然后通入含碳气体作为碳源，使它在高温下分解脱氢在基底表面形成石墨烯，再通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和基底分离得到石墨烯薄膜。生长机理主要有两种 ：渗碳吸碳机制、表面生长机制。通过CVD法，可得到高质量大面积的石墨烯薄膜，薄膜材料缺陷少、纯度高，具有较高的电子迁移率和良好的透光性，在导电材料方面得到良好应用。

基底的选择对石墨烯的生长起决定性作用，所选的基底应满足大面积且层数可控生长、相对较低温度下生长高质量的石墨烯、易于与石墨烯分离、制备方便，价格低廉，比如金属薄膜，金属单晶等。前驱体是提供碳源的，所以前驱体的选择对石墨烯的生长也起到至关重要的作用，目前多使用烃类气体（甲烷、乙稀、乙炔等）。采用CVD法可制备大面积、高质量的石墨烯，待进一步完善之后，有望用于实际生产[5,6]。

2。 机械剥离法

石墨层与层之间之间通常以微弱的范德华共价键力结合而成。机械剥离法的原理就是以石墨晶体为主要原料，在施加外力的前提下从石墨上直接将片状的石墨烯撕扯下来。机械剥离法通常用特殊的胶带黏住石墨片的两侧面反复剥离，用该方法得到的石墨烯片层宽度往往在几微米至几十微米之间。2004年，Geim和Novoselov等就是采用该方法首次制得了单层结构的石墨烯，从而证明了二维晶体结构是可以在常温下存在的。另一种常见的机械剥离法是将石墨表面在一个固体表面上反复摩擦，使得石墨烯的片层面附着在该固体表面上。

3。外延生长法论文网

    外延生长法是在一种特殊的单晶基片上生长一层与单晶基片方向相同的材料，用来大规模制备单晶层材料的特殊方法。外延生长法有很多优点，如可以制得大尺寸、大面积，且拥有单层及双层结构的石墨烯，但是由于该生产过程成本较高，对操作条件有严格的要求，不利于大规模的工业化生产。