作业帮石墨烯是用什么原材料生产出来的
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/28 11:53:55
石墨烯是用什么原材料生产出来的
石墨烯是用什么原材料生产出来的
石墨烯是用什么原材料生产出来的
石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片.他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二.不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯.这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了.
制备方法
石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法.机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法 ； 化学方法是化学还原法与化学解理法.
微机械分离法
最普通的是微机械分离法,直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来.2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯,并可以在外界环境下稳定存在.典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦,体相石墨的表面会产生絮片状的晶体,在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯. 但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片,其尺寸不易控制,无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本.
取向附生法—晶膜生长
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯,首先让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌,然后冷却,冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面,最终它们可长成完整的一层石 墨烯.第一层覆盖 8 0 ％后,第二层开始生长.底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用,而第二层后就几乎与钌完全分离,只剩下弱电耦合,得到的单层石墨烯薄片表现令人满意.但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性.另外Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌.
加热 SiC法
该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si,在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层.具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热,除去氧化物.用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后,将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min,从而形成极薄的石墨层,经过几年的探索,Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯.其厚度由加热温度决定,制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难. 一条以商品化碳化硅颗粒为原料,通过高温裂解规模制备高品质无支持（Free standing）石墨烯材料的新途径.通过对原料碳化硅粒子、裂解温度、速率以及气氛的控制,可以实现对石墨烯结构和尺寸的调控.这是一种非常新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法.
化学还原法
化学还原法是将氧化石墨与水以1 mg/mL的 比例混合, 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质,加入适量肼在1 0 0℃回流2 4 h ,产生黑色颗粒状沉淀,过滤、烘干即得石墨烯.Sasha Stankovich 等利用化学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯.[3]
化学解理法
化学解理法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法,氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应,迅速放出气体,使得氧化石墨层被还原的同时解理开,得到石墨烯.这是一种重要的制备石墨烯的方法,天津大学杨全红等用低温化学解理氧化石墨的方法制备了高质量的石墨烯.