石墨烯的制备_表征与特性研究进展

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1、石墨烯的制备、表征与特性研究进展／李兴鳌等·６１·石墨烯的制备、表征与特性研究进展＊李兴鳌１，王博琳２，刘忠儒２（１南京邮电大学材料科学与工程学院，南京２１００４６；２南京邮电大学光电工程学院，南京２１００４６）摘要石墨烯是最近几年才发现的碳材料的新成员，其完美的二维结构和许多奇特的性质，引起了科学家的极大兴趣。石墨烯的基础研究和应用研究成为当前前沿研究热点之一。引用近３年的国内外参考文献对石墨烯的制备方法（氧化还原法和化学气相沉积法）、转移方法（衬底腐蚀法）、表征方法（拉曼光谱、扫描电子显微镜和Ｘ

2、射线衍射）、应用研究等进行了详尽的综述，并介绍了石墨烯研究中所遇到的难题。最后，对石墨烯在其他领域的应用进行了展望，指出了石墨烯未来的研究方向。关键词石墨烯制备转移表征中图分类号：Ｏ４８４；Ｏ６１３文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ１，ＷＡＮＧＢｏｌｉｎ２，ＬＩＵＺｈｏｎｇｒｕ２ＬＩＸｉｎｇ’ａｏ（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎ

3、ｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏ－ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６）ＡｂｓｔｒａｃｔＧｒａｐｈｅｎｅｉｓａｎｅｗｍｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｐｅｒｆｅｃｔｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａ

4、ｎｄｍａｎｙｐｅｃｕｌｉａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｉｎｔｅｒｅｓｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｆｕｎｄａ－ｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｈｏｔａｄｖａｎｃｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｒｅｆｅｒｅ－ｎｃｅｓｉｎｒｅｃｅｎｔｔｈｒｅｅｙｅａｒｓａｒｅｒｅｆｅｒｒｅｄ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｇｒａ

5、ｐｈｅｎｅ（ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｘｆｏｌｉａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），ｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｓ（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ），ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ（ｒａ－ｍａｎｓｐｅｃｔｒａ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）ａｎｄａｐｐｌｉｅｄｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｉｎａｄｄｉ－ｔｉｏ

6、ｎ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｇｒａｐｈｅｎｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｏｔｈｅｒａｒｅａｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｗｏｒｋｓｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｇｒａｐｈｅｎｅ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ制备石墨烯的方法主要包括微机械剥离法［１］，氧化还原０引言［１５，１６］［１７］［１８－２３］法，ＳｉＣ外延生长法和化学气相沉积（ＣＶＤ）法石

7、墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）自从发现以来，以其神奇的的物理特等。性，引起了全世界科学家的极大兴趣。石墨烯为复式六角晶２１石墨烯的制备格，基本结构为每个碳原子ｓｐ轨道杂化形成３个共价键，分别与周围最邻近的３个碳原子形成３个σ键，剩余的１个ｐ１．１超薄切片法电子垂直于石墨烯的表面，与周围的原子形成π键。有限温研究表明，碳纤维的高强度和高模量是基于稠芳环层面度下石墨烯可以自由存在，其厚度只有０．３３５４ｎｍ，是目前世分子沿纤维轴的择优取向，以及层面间高键能碳网长度。有界上发现最薄的材料［１］。石墨烯禁带宽度几

8、乎为零［２］，固有２学者提出了碳纤维的条带模型，条带模型的基本单元是ｓｐ载流子迁移率（１．５×１０４２／（Ｖ·ｓ））超过商用硅１０倍多，ｃｍ杂化的碳原子，由平均宽度为５～７ｎｍ、平均长度为几百纳米有望取代硅成为纳米电路的理想材料。石墨烯不仅有优异的带状结构组成。对高性能聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维进行的电学性能［３－５］和完美的结构，其他方面也表现出奇特的性超薄切片可以制备石墨烯。能，如突出的导热性［６，７］，高度的透光性［８，９］，超常的比表面对ＰＡＮ基碳纤维表面进行