石墨烯的表征方法(現(xiàn)在石墨烯都方法可以做出來(lái))

1.現(xiàn)在石墨烯都有哪些方法可以做出來(lái)

石墨烯的合成方法主要有兩種：物理方法和化學(xué)方法。物理方法是從具有高晶格完備性的石墨或者類(lèi)似的材料來(lái)獲得，獲得的石墨烯都在80nm以上.而化學(xué)方法是通過(guò)小分子的合成或溶液分離的方法制備的，得到的石墨烯尺寸在10nm以下. 其中物理方法包括：機(jī)械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法、爆炸法； 化學(xué)方法包括石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學(xué)法、化學(xué)氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法。

微機(jī)械分離法

最普通的是微機(jī)械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來(lái)。2004年Novoselovt等用這種方法制備出了單層石墨烯，并可以在外界環(huán)境下穩(wěn)定存在。典型制備方法是用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進(jìn)行摩擦，體相石墨的表面會(huì)產(chǎn)生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。但缺點(diǎn)是此法是利用摩擦石墨表面獲得的薄片來(lái)篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，無(wú)法可靠地制造長(zhǎng)度足供應(yīng)用的石墨薄片樣本。

取向附生法—晶膜生長(zhǎng)

取向附生法

是利用生長(zhǎng)基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，首先讓碳原子在 1 1 5 0 ℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會(huì)浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“ 孤島” 布滿了整個(gè)基質(zhì)表面，最終它們可長(zhǎng)成完整的一層石 墨烯。第一層覆蓋 8 0 %后，第二層開(kāi)始生長(zhǎng)。底層的石墨烯會(huì)與釕產(chǎn)生強(qiáng)烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現(xiàn)令人滿意。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會(huì)影 響碳層的特性。另外Peter W.Sutter 等使用的基質(zhì)是稀有金屬釕。

加熱 SiC法

該法是通過(guò)加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶（0001） 面上分解出石墨烯片層。具體過(guò)程是：將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過(guò)電子轟擊加熱，除去氧化物。用俄歇電子能譜確定表面的氧化物完全被移除后，將樣品加熱使之溫度升高至1250~1450℃后恒溫1min~20min，從而形成極薄的石墨層，經(jīng)過(guò)幾年的探索，Berger等人已經(jīng)能可控地制備出單層或是多層石墨烯。其厚度由加熱溫度決定，制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。 包信和等開(kāi)發(fā)了一條以商品化碳化硅顆粒為原料，通過(guò)高溫裂解規(guī)模制備高品質(zhì)無(wú)支持（Free standing）石墨烯材料的新途徑。通過(guò)對(duì)原料碳化硅粒子、裂解溫度、速率以及氣氛的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)和尺寸的調(diào)控。這是一種非常新穎、對(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯的實(shí)際應(yīng)用非常重要的制備方法。

石墨插層法

石墨插層法是以天然鱗片石墨為原料，將插入物質(zhì)與石墨混合反應(yīng)得到的。插入物質(zhì)使石墨層間的作用力削弱。通過(guò)進(jìn)一步的超聲和離心處理便可得到石墨烯片。此方法制備出的石墨片，其厚度一般最小只能達(dá)到幾十納米，而且加入的強(qiáng)酸強(qiáng)堿等插層物質(zhì)會(huì)破壞石墨烯的SP2結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致它的物理和化學(xué)性能受到影響。

熱膨脹剝離法

Schniepp等首先采用Staudenmaier方法制備得到氧化石墨，然后在密閉的石英管中，用氬氣保護(hù)，迅速加熱（大于2000度/分鐘）到1050度，維持30秒，氧化石墨上的環(huán)氧羥基等分解產(chǎn)生CO2，它進(jìn)入片層間隙中使片層剝離，制得石墨烯.這樣獲得的石墨烯片層大都會(huì)褶皺和變形.

化學(xué)還原法

化學(xué)還原法是將氧化石墨與水以1 mg/mL的 比例混合， 用超聲波振蕩至溶液清晰無(wú)顆粒狀物質(zhì)，加入適量肼在1 0 0℃回流2 4 h ，產(chǎn)生黑色顆粒狀沉淀，過(guò)濾、烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化學(xué)分散法制得厚度為1 nm左右的石墨烯。[3]

化學(xué)解理法

化學(xué)解理法是將氧化石墨通過(guò)熱還原的方法制備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團(tuán)在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)，迅速放出氣體，使得氧化石墨層被還原的同時(shí)解理開(kāi)，得到石墨烯。這是一種重要的制備石墨烯的方法，天津大學(xué)楊全紅等用低溫化學(xué)解理氧化石墨的方法制備了高質(zhì)量的石墨烯。