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致谢 20
参考文献 21
1. 绪论
1.1 石墨烯
石墨烯，是一种让科学家们十分感兴趣的物质[1]。这种新型的碳材料是由一个单层的碳原子紧密堆积的二维晶体。从理论讲，它是一个单层的石墨。在石墨烯中，C-C（sp2杂化）键长为0.142纳米，石墨烯片的厚度约为0.35纳米到1纳米，被称为“最薄的物质在宇宙中”。石墨烯不仅有巨大的比表面积[2]（理论比表面积2630m2g-1）、良好的力学性能[3]，还具有优良的电性能[4,5]和热性能[6]，优良的光学性能[7]。除此之外，它还具有其它一些独特的性质，如量子霍尔效应[8]、量子隧道效应[9]等，并且对生物无毒害作用。
1.1.1 石墨烯的发现
图1.1 由石墨烯组成的各种碳材料
石墨烯最开始由石墨中剥离出。在理论计算中，石墨从以往开始一直被认为是组成三维的基本结构单元即零维富勒烯和一维碳纳米管（图1.1）。从理论石墨烯的性能预测到成功制备花了近60年。
2004年，Andre Geim 和他的前弟子Konstantin Novoselov 在《Science》杂志发表了一篇文章，他们对石墨烯进行了研究[10]，说明了石墨烯的获得方法及其场效应特性的相关研究。
而他们正在使用的方法，名为微机械剥离方法，实际上是使用最普通的胶带在石墨上反复剥离来获得石墨烯。
Konstantin Novoselov使用机械剥离法剥离石墨烯的全部过程显示，胶带上石墨片被移到硅片基地上，使用光学显微镜就会观察到厚度不同并且五彩斑斓的石墨薄片，石墨烯就在这些薄片之中。
1.1.2 石墨烯的制备方法
通过石墨烯的发现，我们就可以了解到，它是从高定向的热解石墨表面由机械剥离发分解获得的。但是这是一种低收率的方法，仅适用于小范围的基础性研究。但是实用化量产是必须的，因此，科学家们对此进行了大量研究，从而发现了多种方案。下面简单地介绍几种：
(1)机械剥离法
石墨层用一个小的爱德华力，简单的应用外部作用力可以将石墨烯“撕裂”下。简单的方式是用撕胶带法[10]，主要的方式是用双面胶带粘在石墨片上，反复不断剥离石墨烯。用这种方法获得的石墨烯的宽度范围在几到几十微米不等，最高可到达毫米级别，几乎用肉眼就能看到。但是，利用这种方法所获得的石墨烯片的尺寸和数量是不容易控制的，并且制备过程是不容易的，也比较麻烦，很难实现量产石墨烯。
除了上面的方法，其他的方法也已经被开发出来了，使用机械力是单层石墨烯片从石墨中被分离出。张[11]等人用于原子力显微镜的使用进行试验时，把基体材料上的石墨的厚度剥离产品在10-100纳米以内，从而获得单层石墨烯。梁[12]等研究者使用密封挤压的方法，可得到单层石墨烯。
然而，与其他方法相比，机械剥离的方法的优点也十分突出：该原理相对简单，样本大小可以达到100微米。不过这个方法也有着很显著的不足之处， 比如说，与还原GO的产率相比，此法产率较低，在未来很难有应用前景。
(2)外延生长法
该方法使用的原料是碳化硅，是通过单晶4H-SiC或6H-SiC特定晶面上的热分解制备石墨烯。例如， C.Berger [ 13 ] 等研究者使超高真空条件下的样品，第一用电子束轰击加热到一千摄氏度除去氧，然后温度上升两百度在一定时间内，在超高真空条件下，在4H/6H-SiC衬底表面上通过向外延生来长出石墨烯。在这个过程中，通过低能量电子衍射对石墨烯片的生长进行了监测。通过调节温度、控制时间和碳化硅掺杂浓度，选择结构类型、晶体取向等条件来获得所需要合成的石墨烯结构。但是，制备条件过于严格,源^自!优尔/文-论/文*网[www.youerw.com（如高温、高真空），并且制备的石墨烯是很难从基体中分离出来的，不适合作为大量生产石墨烯的方法。