石墨烯的制备方法及其性能研究

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1、石墨烯的制备方法及其性能研究摘要：石墨烯是近几年发展起来的非常有潜力的一种新型碳材料，其厚度只有0.335rnn，具有优异的物理和化学性能，引起了科学家们的广泛关注。近来石墨烯制备方法的研宄取得了很大的发展，出现了许多关于石墨烯制备的新工艺。大量引用近几年的参考文献，综述了石墨烯的结构和性能并介绍了一些制备方法，主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化一还原法以及液相分散法等。旨在针对石墨烯的制备工艺，分析比较了各种制备方法的优缺点，并对未来应用领域的发展趋势进行了展望。本文采集自网络，本站发布的

2、论文均是优质论文，供学习和研宄使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信息，如果需耍分享，请保留本段说明。关键词：石墨稀；结构；性能；制备方法中图分类号：TQ042文献标志码：A文章编号：0367-6358(2015)06-0378-05近些年来，碳纳米材料一直是纳米科技领域中的重要研究的课题。1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳米管，均已成为零维和一维碳纳米材料的经典代表，这些都引发了世界范围的研究热潮。直到2004年，Geim

3、等采用机械剥离法获得了单层石墨烯并发现其独特电子学特征，又一次引起了科学界对石墨烯的研究热潮。随后研究人员又采用机械剥离法、氧化还原方法、化学气相沉积法、溶剂热法、外延生长法、电还原法、有机合成法、液相分散法等方法合成Y石墨烯，这些方法的使用方便了人们对其结构、性能及应用进行深入的研宄，并逐步解幵石墨烯神秘的谜底。英国曼切斯特大学的Gcim课题组利用极其简单的胶带剥离石墨的方法第一次制备出了稳定的高品质的单层和少数几层石墨烯。2005年，Geim和Kim两个课题组在《Nature》杂志上均报道了石

4、墨烯独特的电子性质，从此石墨烯因其独特的力学、电学、光学、热学等性质引起了全世界范围内对这一材料的理论研宄与实验探索。石墨烯的发现不仅突破了原有的二维原子晶体不能存在的思维定式，激发了其他二维材料的研究，而且填补了碳材料家族中一直缺失的二维成员，进而形成了从零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯到三维金刚石和石墨的完整体系（图1）。2010年首次制备出石墨烯的两位科学家Geim和Novoselov荣获诺贝尔物理学奖，表彰了他们在研宄石墨稀中所做的创新性研究。1石墨烯的结构及性能1.1石墨烯的结构石墨

5、烯的理论厚度为0.335nm，是其他各维材料的基本组成单位。单层石墨烯是单原子层紧密堆积的二维晶体结构，而右墨烯并不是理想的平面结构，碳原子以六元环形式周期性排列于石墨烯平面内。一维碳纳米管可以看作是卷成圆简状的石墨烯。石墨烯六角网面之间通过丌电子相互作用形成三维体相石墨，所以石墨具有层状结构，并呈各向异性。石墨烯所具有的独特的电子结构决定了其优异的电学性能。研究表明石墨烯的电子迁移率随载流子浓度和温度的变化很小，只受石墨烯内部的缺陷和本身晶格震动所造成的散射影响。石墨烯是零带隙半导体，具有独特的

6、载流子特性和特殊的线性光谱特征，所以单层石墨烯的电子结构与传统的金属和半导体有所不同。1.2石墨烯的性能在外部机械力的作用下，原子面发生自适应扭曲，这种变化使得碳一碳键不容易断裂，从而石墨烯的品格结构能够保持相对稳定，因此，石墨烯强度较大。石墨烯稳定的晶格结构使得它具有非常好的导热性能，有关实验测得石墨烯的热导率可达到5000W/m?K,禁带宽度几乎为零，这远高于在室温下测得金属铜的热导率(400W/m?K),甚至也高于金刚石和碳纳米管的热导率。与普通金属材料热胀冷缩的性质不同，石墨烯的热导率随温

7、度的升高而降低。由于石墨烯鋸齿形边缘拥有孤对电子，因而使石墨烯具有潜在的磁性能。通过对石墨烯不同方向的裁剪及化学改性可以对其磁性能进行调控，研宄表明分子在石墨烯表面的物理吸附可以改变其磁性能。原则上石墨烯在从可见到近红外波段的光照下很容易达到饱和，石墨烯的这一性质使其可用作光纤激光器锁模的可饱和吸收体，产生超快激光。此外，石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的增强功能化添加剂方面被认为据有广泛的研究前景。石墨烯作为一种二维碳原子单原子层纳米材料，是石墨的基本组成单元。研究表明其

8、具有特殊的电子特性，诸如室温量子霍尔效应、无损输运、并具有高模量、高强度等力学特性。回顾碳负极材料的研究历史，早期关于硬碳负极材料的研究就己经发现石墨烯片层可以提高锂电池的储存能量和循环效能。2石墨烯的制备方法2.1机械剥离法机械剥离法是最早成功制得石墨烯的方法，在2004年由英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov等首次报道。他们用氧等离子束在高取向热解石墨（HOPG）表面刻蚀出深5um的沟槽，形成多个宽为20um〜2mm的平台。将刻蚀过的HOPG压制在光刻胶上，去除平台以