纳米材料之石墨烯.doc

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1、关于石墨烯一、石墨烯的发现碳是自然界小极其丰富的元素之一，也是同素异形体最为丰富的元素之一。金刚石和石墨是被犬家所熟知的碳的最常见的两种同素异形体。1985年富勒烯的发现让人们认识了碳家族的一位新成员，并促使人们去发现更多碳的同索异形体。1991年日本NEC公司的S.Iijima在使用高分辨透射电镜检查石墨电弧放电产物时，意外的发现了管状的碳纳米结构——碳纳米管。碳纳米管一经发现，立刻引起了物理学家，化学家和材料学家的极犬关注和研究热情。独特的结构、物理化学性质、机械性能，使其在化学催化、电子器件和复合材料等领域都具有巨大的应用潜力。而石墨烯的发现几经挫折，直到200

2、4年，英国曼彻斯特大学A.K.Geim和K.S.Novoselov等人采用微机械剥离法才获得单层的二维原子晶体——石墨烯。然而石墨烯是H前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元，具有很多奇异的电子及机械性能。二维的石墨烯本身是半金属性，或者说是零带隙的半导体，同时具有金属和半导体的一些特性。而当石墨烯的尺寸达到跟单壁碳纳米管一样的准一维时（又称为石墨烯纳米带），同样也会根据石墨烯带的宽度和边缘结构的不同而表现出金属性或者半导体性。并且自由态的石墨烯在室温下在真空或空气屮可稳定存在,这一发现推翻了历

3、来被公认的“完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在”的这一观点，震惊了科学界并成为碳基纳米材料研究的新热点。单层石墨烯是指只有一个C原子层厚度的石墨，碳原子Z间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。石墨烯具有优异的导热性能和力学性能。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点°二、石墨烯的制备人们在发现了石墨烯Z后，便开始了石墨烯制备的研究与探讨。石墨烯的制备从最早的机械剥离法开始逐渐发展岀多种制备方法，如：晶体外延牛•长法、化学气相沉积法、液相直接剥离法以及高温脱氧

4、和化学还原法等。通过大量的实验摸索，人们发现自上而下的方法可提高石墨烯产率并且易于制备。如简单易行的化学剥离法和氧化石墨还原法，后者已成为实验室制备石墨烯最简单的方法。而接下来发展的溶剂剥离法比氧化还原法毒性小，并且不会破坏石墨烯的结构。石墨烯的制备方法Table1VariousmethodsforpreparationofgrapheneMethodsConditionsCharacteristicsRefCVDCarbonsource:CH4SubstrateCu.Ni.Si/SiO2Temperature:1000*CHomogeneoussingle-laye

5、rgraphenefilmsn1-221PECVDCarbonsource:CH4SubstrateS1/S1O2Temperature650CHigh・quahty.large・areagraphenewith】・3layers£23]EpitaxialgrowthofgrapheneSubstrate:6H-SiC(0001)Temperature1280*CGrainsizeupto50tuiilong,hunwideI24JSolvothermalReagentsNaandC4CI6Temperature:300"€1-3graphenelayerswithl

6、owdensityoffects125]OrganicsynthesisThermalfiisionofpolycyclicaromatichydrocarbonsat1100'CConductivityfora30nmthickonquartzis20600S/mI26JChemicalexfoliationNumberoflayers(3-4)controlledbychangingtheezfoliationtemperatureElectricalconductivity10sS/mD7]ChemicalreductionofGOReductionagent:

7、hydrazinehydrateSheetthicknesslnm[28]LiquidexfoliationofgraphiteInsupercnticalDMFforlesstlian15nunSinglelayergraphene[291ElectrochemicalreductionCyclicvoltammetricreductionofagrapheneoxidecoll01dalsolutionEnhancedelectrontransferpropertiesImprovedelectncalconductivity143*10“S/m