石墨烯的性質(zhì)及制備方法概述1.1石墨烯的性質(zhì)石墨烯是以sp2雜化而成的二維蜂窩狀物質(zhì)，是其它維度碳材料的基本單元REF_Ref73004167\r\h[6]，它翹起來(lái)為0D富勒烯，卷起來(lái)為1D碳納米管，層層堆積為3D石墨（圖1），它是世界上最薄的最堅(jiān)硬的物質(zhì)REF_Ref73004189\r\h[7]，比表面積大，可達(dá)到2630m2REF_Ref73004219\r\h[8]，導(dǎo)熱性最高達(dá)（5000W?m?1?K?1）REF_Ref73004422\r\h[9]；在室溫下載流子遷移率達(dá)2×105cm2/（V?s）REF_Ref73004440\r\h[10]，透光率達(dá)97.7%REF_Ref73004489\r\h[11]，抗拉強(qiáng)度達(dá)125GPa，彈性模量達(dá)100GPaREF_Ref73004510\r\h[12]。此外，其基本結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，這是因?yàn)樗窘Y(jié)構(gòu)為C=C連接的苯環(huán)結(jié)構(gòu)REF_Ref73004532\r\h[13]。圖1SEQ圖·\*ARABIC\s11單層石墨烯及其同素異形體的變化示意圖REF_Ref73004602\r\h[14]1.2石墨烯的制備石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離、液或氣相直接剝離、SiC外延生長(zhǎng)、化學(xué)氧化還原、化學(xué)氣相沉積；N型摻雜、P型摻雜REF_Ref73004639\r\h[15]等等。以下為幾種常用的方法。機(jī)械剝離法石墨由一層層的石墨烯堆疊而成，石墨和石墨烯的關(guān)系如同一本書和書中的一張紙，因此可以采用類似于一頁(yè)頁(yè)的撕書的方法，將石墨烯一層一層的剝離開來(lái)。每一層的石墨烯之間是通過(guò)分子力來(lái)連接，由于分子力很小，使用很小的力便可以將兩層石墨烯撕開。早年間，用透射電鏡和原子力顯微鏡觀測(cè)石墨片時(shí)，由于針尖會(huì)作用在石墨上，而針尖上的力足以打破分子力的束縛，因此會(huì)得到少量的石墨烯。采用這種方法可以獲得性能和質(zhì)量很好的石墨烯，但是這一方法比較慢,耗時(shí)間而且費(fèi)力氣，效率低，只適合于在實(shí)驗(yàn)室中制作，研究石墨烯的性質(zhì)結(jié)構(gòu)，并不適合產(chǎn)業(yè)化。（2）外延生長(zhǎng)法這種方法是某種物質(zhì)如SiC在真空和高溫的條件下，或者常壓高溫的條件下會(huì)發(fā)生氣化，氣化之后就剩下C原子，然后將其沉積在基體的表面，就形成了石墨烯。這種方法是一種比較不錯(cuò)的方法，因?yàn)榭梢灾苽浜芏嗟氖?，而且所得到的石墨烯的質(zhì)量也很不錯(cuò)。（3）化學(xué)氣相沉積法在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中加熱某些固體氣體或者液體，在真空高溫條件下會(huì)發(fā)生裂解，分解出碳原子，這些碳原子會(huì)依附在基體上，最后形成石墨烯。銅是當(dāng)前使用這種方法在制備石墨烯時(shí)中最常用的基體。首先因?yàn)樘荚釉阢~中的溶解度很低，碳原子進(jìn)入銅基體的數(shù)量有限，碳在銅基體上附著之后，產(chǎn)生一層石墨烯，之后就會(huì)自動(dòng)停止附著，就不會(huì)再形成新的石墨烯層，所以說(shuō)銅可以制備出單層的石墨烯，這就是因?yàn)樘荚釉阢~中的溶解度很低的效果。例如鎳，它對(duì)碳原子的溶解度很高，若是以鎳最為基體的話，會(huì)生長(zhǎng)很多層石墨烯，這是不利于石墨烯的制備和研究的。而且除此之外銅對(duì)碳源、溫度、壓力等要求很低，這就說(shuō)明對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求也不高，有助于減少實(shí)驗(yàn)成本。目前雖然對(duì)石墨烯在銅基體上的生長(zhǎng)機(jī)理仍不太明確，有人支持外延生長(zhǎng)也有人認(rèn)為是催化生長(zhǎng),但是以銅作為基體仍然是用CVD法制備石墨烯的最佳的選擇。（4）化學(xué)剝離法化學(xué)剝離類似于機(jī)械剝落，都可以是一種自上而下的過(guò)程。化學(xué)剝離獲得的是氧化的石墨烯，因?yàn)樗怯玫膹?qiáng)氧化劑使用會(huì)使石墨烯發(fā)生氧化，強(qiáng)氧化劑是插入到石墨之中，然后就會(huì)是這一層的石墨烯氧化，被氧化之后的石墨烯在特定的溶液中剝離就會(huì)脫離出來(lái)，這樣一來(lái)就可以獲得石墨烯，而且這種氧化石墨烯可以穩(wěn)定的分散在水、DMF、Nm等多種溶劑中的氧化石墨烯而且可以大規(guī)模的制備。(5)化學(xué)合成法從小分子一步步增加，逐漸形成石墨烯分子，也是傳統(tǒng)的有機(jī)合成方法。這種方法可以人為的控制所制備的石墨烯的結(jié)合，但是這種方法的高于過(guò)程很復(fù)雜、時(shí)間很長(zhǎng)且產(chǎn)率極低,目前也只適合在實(shí)驗(yàn)室中，作為實(shí)驗(yàn)室的研究來(lái)使用。表1-1幾種石墨烯制備方法優(yōu)劣制備工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)械剝離成本低，工藝簡(jiǎn)單，分布不均且數(shù)量少外延