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石墨烯制备技术发展迅速工业化制法仍未形成

本文摘要:石墨烯制取技术发展很快。石墨烯优良的性能和普遍的应用于前景,很大的增进了石墨烯制取技术的较慢发展。自2004年Geim等首次用微机械挤压法制取出有石墨烯以来,科研人员又研发出有众多制取石墨烯的方法。 其中较为主流的方法有外延生长法、化学气相溶解CVD法和水解石墨还原法等。 现有制法还无法符合石墨烯产业化的拒绝。还包括微机械挤压法、外延生长法、化学气相溶解CVD法和水解石墨还原法在内的众多制取方法目前仍无法符合产业化的拒绝。

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石墨烯制取技术发展很快。石墨烯优良的性能和普遍的应用于前景,很大的增进了石墨烯制取技术的较慢发展。自2004年Geim等首次用微机械挤压法制取出有石墨烯以来,科研人员又研发出有众多制取石墨烯的方法。

其中较为主流的方法有外延生长法、化学气相溶解CVD法和水解石墨还原法等。  现有制法还无法符合石墨烯产业化的拒绝。还包括微机械挤压法、外延生长法、化学气相溶解CVD法和水解石墨还原法在内的众多制取方法目前仍无法符合产业化的拒绝。尤其是产业化拒绝石墨烯制取技术能平稳、低成本地生产大面积、纯度低的石墨烯,这一制取技术上的问题至今仍未解决问题。

  微机械挤压法  石墨烯首先由微机械挤压法制得。微机械挤压法即是用透明胶带上将低定向浸渍石墨片松开到其他表面上展开多次挤压,最后获得单层或数层的石墨烯。2004年,Geim,Novoselov等就是通过此方法在世界上首次获得了单层石墨烯,证明了二维晶体结构在常温下是可以不存在的。

  微机械挤压方法操作者非常简单、制作样本质量低,是当前制备单层高品质石墨烯的主要方法。但其可控性较好,制得的石墨烯尺寸较小且不存在相当大的不确定性,同时效率较低,成本高,不合适大规模生产。  外延生长法  外延生长方法还包括碳化硅外延生长法和金属催化剂外延生长法。

碳化硅外延生长法是所指在高温下冷却SiC单晶体,使得SiC表面的Si原子被冷却而瓦解表面,只剩的C原子通过自组形式重构,从而获得基于SiC衬底的石墨烯。  金属催化剂外延生长法是在超高真空条件下将碳氢化合物通入到具备催化活性的过渡性金属基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面,通过冷却使导电气体催化剂异构化从而制得石墨烯。气体在导电过程中可以茂密整个金属基底,并且其生长过程为一个自限过程,即基底导电气体后会反复吸取,因此,所制取出有的石墨烯多为单层,且可以大面积地制取出有均匀分布的石墨烯。

  化学气相溶解CVD法:最不具潜力的大规模生产方法  CVD法被指出最有期望制取出有高质量、大面积的石墨烯,是产业化生产石墨烯薄膜最不具潜力的方法。化学气相溶解CVD法明确过程是:将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温冷却的金属基底Cu、Ni表面,反应持续一定时间后展开加热,加热过程中在基底表面之后不会构成数层或单层石墨烯,此过程中包括碳原子在基底上沉淀及蔓延生长两部分。该方法与金属催化剂外延生长法类似于,其优点是可以在更加较低的温度下展开,从而可以减少制取过程中能量的消耗量,并且石墨烯与基底可以通过化学生锈金属方法更容易地分离出来,不利于先前对石墨烯展开加工处置。

  三星用这种方法取得了对角长度为30英寸的单层石墨烯,表明出有这种方法作为产业化生产方法的极大潜力。但该过程所制取出有的石墨烯的厚度无法掌控,在溶解过程中只有小部分能用的碳转变成石墨烯,且石墨烯的移往过程简单。


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