图1 石墨烯结构图来自优O尔P论R文T网WWw.YoueRw.com 加QQ7520`18766

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化的形式紧密堆积而形成的二维晶体，可以看成是由单一石墨结构层构成的。石墨烯可以看作为其它碳材料的基本结构单元（如图2）。例如零维的富勒烯[4]可以看作是特定的石墨烯结构围裹而成；一维的碳纳米管[5]可以看作是石墨烯卷曲而成；而三维的石墨可以看作是石墨烯有序堆砌而成[6]。

图 2 构成碳同素异形体的基本结构单元—石墨烯

a:石墨烯；b:富勒烯；c:碳纳米管；d:石墨

1。1。2  石墨烯的制备

当前，制备石墨烯的方法主要有两种。一种是通过某种手段破环石墨的层间范德瓦尔斯力，对石墨片层进行剥离，获得层数较少的石墨烯，主要有机械剥离法、液相剥离法和氧化-还原法等；另一种是通过化学合成法来制备石墨烯，主要有化学气相沉积法和碳化硅热解法等[7]。

1。机械剥离法

机械剥离法是指利用机械外力克服石墨层间的范德瓦尔斯力来剥离石墨层状晶体，从而制备出单层或是少层石墨烯的方法。2004年曼彻斯特大学的Geim领导的研究小组首次制备出了稳定存在的单层石墨烯，他们用的就是机械剥离法，为此获得了2010年诺贝尔物理学奖[7]。步骤如下：用透明胶带将高定向热解石墨片按压到其它表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯。此后，也有人采用类似或改进方法制备出了石墨烯。机械剥离法操作简单、制备样品质量高，是当前制备单层高品质石墨烯的主要方法。但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，成本高，无法实现大规模生产。

2。液相剥离法

液相剥离与机械剥离制备石墨烯的方法相类似，都是要克服石墨结构层之间的范德瓦尔斯力，不同的是液相剥离法借助于溶剂的作用，可使剥离效率大大提高。由于石墨烯具有较强的疏水性，因此只有在有机溶剂或添加了表面活性剂的非极性溶剂中才能获得分散的石墨烯（如图3）。液相剥离法主要有有机溶剂超声法、表面活性剂超声法和离子液体超声法。该方法制备石墨烯具有成本低、操作简单等一系列优点，但得到的石墨烯单层率较低，并且常常与未得到完全剥离甚至是未剥离的多层产物或者是石墨混合在一起，导致所得的产物质量难以控制。[7]

图3 液相直接剥离法制备石墨烯示意图

a:石墨；b:欲膨胀石墨；c:石墨层间化合物；d:超声剥离的石墨烯；e：石墨烯分散液

3。氧化-还原法   论文网

氧化还原法以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法，受到很多研究者的青睐，此方法制备石墨烯是目前公认的应用最广泛且可大量制备石墨烯的方法，其制备成本低、操作简便，易于批量制备。该法以石墨粉为原料, 然后用强氧化剂和强酸对其进行氧化，通过液相化学氧化工艺制备氧化石墨主要有三种方法，即Brodie法、Hummers法和Stauderunaie法[8]。其氧化原理是在石墨的层间引入了羟基、羰基、环氧基及羧基等含氧基团, 来增加石墨的层间距, 进一步处理就得到了石墨氧化物。然后将制备好的氧化石墨进行超声分散，剥离等操作，制备成氧化石墨烯分散液，再加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团得到石墨烯， 氧化还原法制备石墨烯（如图4）所示。

图4 氧化还原法制备石墨烯流程示意图

氧化还原法制备石墨烯还是有一定的缺陷，由于单层石墨烯非常薄，容易团聚，导致降低石墨烯的导电性能及比表面积，进一步影响其在光电设备中的应用，另外，氧化还原过程中容易引起石墨烯的晶体结构缺陷，如碳环上面碳原子的丢失等。