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1、一．综述随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯；1991年发现了碳纳米管；2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯家族中又一纳米级功能性材料，它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现，其已成为物理、化学、材料学领域的国际热点
2、课题。制备石墨烯的方法有很多种，如外延生长法，氧化石墨还原法，CVD法，剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。除此之外，还对其的一些性能进行表征。石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年，石墨烯被成功地从石墨中分离出来。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料 ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比碳纳米管或硅晶体
3、迁移率高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子传输的速度极快，因此被期待为可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或电晶体的材料。由于石墨烯的导带与价带之间没有能隙，做成晶体管器件时，很难实现开关特性，而且若要运用于现在普遍使用的逻辑电路，其金属性也是一个巨大的难题。如何在石墨烯中引入能隙，成为了石墨烯晶体管器件制造的关键。本文主要关注的石墨烯纳米带场效应管，通过对肖特基势垒石墨烯纳米带场效应管和金属氧化物半导体石墨烯纳米带场效应管这两种结构进行对比和分析来了解其主要特性。二
4、．石墨烯材料简介与制备方法2.1石墨烯材料的结构和特征石墨烯是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料,也被认为是有史以来见过的最结实的材料。ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电
5、脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste:等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的2倍多,可用于水净化系统。2.2氧化石墨烯的结构和特征氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的派生物,也被称为功能化的石墨烯它的结构与石墨烯大体相同,只是在二维基面上连有一些官能团。通过表面元素分析
6、(XpS)、红外光谱(FTIR)、固体核磁共振谱困MR)等表征结果显示,主要是一些含氧官能团,如轻基、环氧官能团、拨基、梭基等,其中经基和环氧官能团主要位于石墨的基面上,而拨基和梭基则处在石墨烯的边缘处,这使其不需要表面活性剂就能在水中很好的分散。1.2片层氧化石墨烯的示意图2.3石墨烯的制备方法(1)物理法制备石墨烯物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。① 机械剥离法机械剥离法或微机械剥离法是最简单的
7、一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨烯，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在1mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20μm—2mm、深5μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点，
8、如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。② 取向附生法—晶膜生长PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质
