石墨烯的制备方法及展望.pdf

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1、第1期-47-石墨烯的制备方法及展望刘永欣，曹鹏，郭翠霞，成慧明，严薇，李发喜（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京100190）[摘要]介绍了石墨烯研发的历史、石墨烯的结构、性质及特点，归纳了现有的物理和化学合成方法，并对其今后的应用发展进行了展望。[关键词]石墨烯；性质；制备方法；应用自从2004年，英国曼彻斯特大学物理和天料家族，如图1所示，石墨烯能够翘曲形成零维的文学系的Geim和Novoselov首次制备出稳定的石富勒烯，卷曲形成一维的碳纳米管以及堆叠形成墨烯后，石墨烯便以其优异的性能和独特的二维

2、三维的石墨[3]。结构成为材料领域的研究热点。我国是目前石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。数据显示，在所有国家中，我国申请的石墨烯专利数量最多，已超过2200项，占全世界的1/3。2013年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中，着重强调的前沿新材料中就包含石墨烯。在国际上，2014年，石墨烯的“诞生地”英国，在曼彻斯特大学成立石墨烯工程创新中心，意在加速石墨烯的应用研究和开发，维持英国在石墨烯及其他二维材料方面的世界领先地位。不仅如此，英国还涌现出众多致力于石墨烯生产和应用的公司，如英国著名的体育用品

3、公司海德公司就推出了添加石墨烯的网球拍，诺瓦克•德约科维奇等众多网球明星都在使用这款球拍。美国在2014年，国家自然科学基金及美国空军科研办公室分别投入1800万美元和1000万美元展开对石墨烯及[1-2]相关的二维材料的基础研究。本文在对专利和期刊文献进行检索和阅读的图1单层石墨烯及其派生物示意图基础上，对石墨烯的性质、制备方法以及在电池1.2石墨烯的物理性质及电学性能领域的应用进行讨论分析和总结归纳，并做出展望。石墨烯具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质，不仅具有优异的电学性能，还具有1石墨烯的结构及性能以下特

4、性：超高的强度，高达130GPa，是钢的1.1石墨烯的结构100多倍；突出的导热性能，热导率高达5000J/石墨烯又称单层石墨或二维石墨，其理想结(m•K•s)，是金刚石的3倍多；其载流子迁移率达42构是被剥离的单原子层石墨，它的基本结构是sp21.5×10cm/(V•s)，是锑化铟材料的2倍，是商用杂化碳原子形成的类六元环苯单元，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料。作者简介：刘永欣（1981—），男，北京人，硕士研究生，助理作为石墨材料的基本单元，它极大地丰富了碳材研究员。国家知识产权局专利局

5、专利审查协作北京中心专利审查员。石油和化工设备-48-技术交流2017年第20卷硅片的10倍，在特定条件下，其载流子迁移率甚究了微波功率对石墨片形貌的影响。研究结果表52至可高达2.5×10cm/(V•s)；比表面积理论计算值明：微波功率越大，石墨片越小，但密度更大。2高达2630m/g；此外，石墨烯还具有完美的量子隧此种方法制备的石墨片含有较多的Ni元素。最近道效应、室温铁磁性、永不消失的电导率等一系韩国成均馆大学研究人员在硅衬底上添加一层厚[4]列性质，因而备受关注。度<300nm的镍然后在甲烷、氢气与氩气混合气

6、流中加热至1000℃，再将其快速冷却至室温，即能2石墨烯的制备方法在镍层上沉积出6~10层石墨烯，通过此法制备的2.1物理方法石墨烯电导率高、透明性好、电子迁移率高，而物理方法的优点是原料便宜易得，一般多采且经图案化后的石墨烯膜可转移到不同的柔性衬用石墨或膨胀石墨，制备得到的石墨烯平面结构底，可用于制备大面积的电子器件（如电极、显较大、纯度较高、缺陷较少；但是产率低，且通示器等），为石墨烯的商业化应用提供了一条有常需要时间较长，很难形成大规模生产；物理方效的途径。CVD法可满足规模化制备高质量、大法主要包括微机械剥离

7、法以及在此基础上发展而面积石墨烯的要求，但现阶段较高的成本、复杂来的液相或气相直接剥离法。前者是最早用于制的工艺以及精确的控制加工条件制约了CVD法制备石墨烯的方法，也是英国曼彻斯特大学物理和备石墨烯的发展，因此该法仍有待进一步研究。天文学系Geim等采用的方法，其原理是在高取晶体外延生长法，又称为SiC高温退火法，一向热解石墨表面刻蚀，然后将其压制到玻璃衬底般是通过加热6H-SiC单晶，脱附Si原子制备出石[5]上，经烘焙、反复粘撕，从而得到单层石墨烯；墨烯。制得的石墨烯片层厚度主要由加热温度所后者是直接把石墨或膨

8、胀石墨加在某种有机溶剂决定，这种方法虽然能够制备出1-2碳原子层厚的或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一石墨烯，但是由于不易从衬底上分离出来，难以定浓度的单层或多层石墨烯溶液。其中Coleman成为大量制造石墨烯的方法。研究小组在水/十二烷基苯磺酸钠中超声处理石墨氧化-还原法（含氧化-修饰-还原法）是目前30min，制备得到了具有较高的导