石墨烯领域研究的焦点之一就是石墨烯的制备,目前发表的关于石墨烯的文章中有很大一部分涉及石墨烯的制备。

1.2.2.1  物理方法

(1)机械剥离法[9]

这种方法是通过机械力将石墨烯片层直接从石墨晶体表面剥离下来,验证了单层石墨烯的独立存在性。这是获得石墨烯最原始的方式,获得的薄片尺寸不易控制,产量相对较低,不适合大规模的工业化生产。

(2) 取向附生法—晶膜生长[10]

取向附生法是利用生长基质的原子结构 “种”出石墨烯,但是用这种方式获得的石墨烯往往厚度不均匀,而且基质与石墨烯之间的黏结会影响石墨烯性能。

(3) 液相或气象直接剥离法

该法是在水或有机溶剂中,以石墨或膨胀石墨为原料,利用超声波、加热或气流的作用,制备出一定浓度的石墨烯溶液。这类方法操作简单、成本低廉、产品质量高,但是存在单层石墨烯产量底、片层团聚严重、需要脱去稳定剂等缺陷。

物理方法除了以上述常用的几种外,还有球磨法[11]、爆炸法[12]等方法,但是这几种方法剥离不彻底,大部分是多层石墨烯。

1.2.2.1  化学方法

(1) 氧化石墨还原法

还原氧化石墨制备石墨烯是目前最热门的制备方法之一,包括化学液相还原[13-15]、电化学还原[16]、等离子体法还原[17]、光照还原[18,19]等。这种方法是将石墨原料置于溶液中,在一定的条件下与强氧化剂进行反应,使被氧化的石墨烯片层间带上羟基、羰基、羧基等含氧基团,这些基团使石墨层间距变大为氧化石墨。对氧化石墨进行超声处理,使其在水溶液或有机溶剂中分散为单层氧化石墨,最后再除去这些含氧基团并加入适当分散剂以防止石墨烯团聚。这种方法制备石墨烯时,可能存在氧化不完全得到的产物性能有所降低的问题,但该法操作简单、成本较低,可以制备大量石墨烯,适合大规模的工业生产。

(2) 化学气相沉积法

化学气相沉积法将基地(如金属单晶、金属薄膜等)置于高温可分解的前驱体(如甲烷、乙烯等)气氛中,高温退火是碳原子沉积到基底表面形成石墨烯,最后通过化学腐蚀取出金属基底得到独立的石墨烯片层。该方法最大的优点是可以制备出较大面积的石墨烯片层,并且已经成功地制备出平方厘米级的单层或多层石墨烯。

除上述化学方法外,还有文献中提到了电弧法[20]、切割碳纳米管法[21]、静电沉积法[22]、原位自生模板法[23]等制备石墨烯的方法。

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