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石墨烯是由碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的炭材料，厚度僅為一個(gè)碳原子，石墨烯具有許多奇特而優(yōu)異的性能，如高的楊氏模量和載流子遷移率、巨大的比表面積、優(yōu)良的熱導(dǎo)率和透光性等。此外，它還具有零載流子濃度極限下的最小量子導(dǎo)電率、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、量子霍爾鐵磁性和激子帶隙等現(xiàn)象。近年來隨著對(duì)石墨烯材料研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，迄今為止石墨烯材料已在能量儲(chǔ)存、液晶器件、電子器件、柔性光電器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域顯示出廣闊而美好的應(yīng)用前景。石墨烯所制成的薄片也因其擁有優(yōu)良的透明性、柔軟性以及導(dǎo)電性等特點(diǎn)，在光子、電子以及光電設(shè)備領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，極具發(fā)展前景。
1.微機(jī)械分離法
該方法的基本原理在于使用機(jī)械作用力來克服石墨層之間的范德華力，使石墨烯得以分離，從而得到一小部分的單層石墨烯。
?、?直接使用膠帶揭下一層HOPG石墨；
?、?通過膠帶之間的反復(fù)粘貼，使石墨片層變薄，出現(xiàn)包含單層石墨烯的片層；
?、?單層石墨烯通過膠帶從而轉(zhuǎn)移到襯底上。
機(jī)械分離法的最大優(yōu)點(diǎn)在于其工藝簡單、樣品的質(zhì)量高，但是產(chǎn)量和產(chǎn)率低，不可控，無法實(shí)現(xiàn)石墨烯的大面積和規(guī)?；苽?。
2.外延生長法
外延生長法是指利用晶格匹配，在一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)上生長出另一種晶體的方法。根據(jù)所選擇的基底種類，外延法可以分為SiC外延生長法和金屬表面外延生長法。
SiC外延生長法：
Ⅰ.對(duì)Sic單晶片進(jìn)行氧化或是H?刻蝕處理；
Ⅱ.將處理后的Sic單晶片置于超高真空和高溫環(huán)境中；
Ⅲ.利用電子束轟擊SiC單晶片，除去其表面氧化物；
?、?在高溫條件下將其表面層中的Si原子蒸發(fā)，使表面剩余的碳原子發(fā)生重構(gòu)；
Ⅴ.在SiC單晶片表面外延生長石墨烯。
SiC外延生長法從本質(zhì)上來說就是一種碳原子的重構(gòu)化學(xué)反應(yīng)，通過對(duì)該方法的工藝參數(shù)進(jìn)行控制，利用SiC外研發(fā)還可以實(shí)現(xiàn)單層和多層石墨烯的可控制備。
金屬表面外延法：
?、?在高真空環(huán)境中，加熱裂解含碳化合物前驅(qū)體
?、?熱裂解產(chǎn)生的碳原子在單晶金屬表面沉積排列生成石墨烯。
金屬表面外延法其本質(zhì)就是一種熱解碳在金屬單晶表面的重構(gòu)反應(yīng)，該方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠通過設(shè)計(jì)、調(diào)控和優(yōu)化反應(yīng)條件以及制備工藝參數(shù)，從而得到大面積、均勻鋪滿金屬基底的幾乎無缺陷的高質(zhì)量石墨烯。
外延生長法做制備的石墨烯，不僅具有良好的均一性，而且能和當(dāng)前的集成電路很好地兼容。但是該方法的制備環(huán)境十分苛刻，如超高真空、高溫和使用單晶基體扽，會(huì)在一定程度上限制石墨烯在集成電路以外的其他大規(guī)模應(yīng)用。
3.化學(xué)氣相沉積(CVD)法
?、?以甲烷等含碳化合物作為前驅(qū)體，以單晶或多晶的金屬薄片作為基底；
Ⅱ.高溫環(huán)境的催化下，甲烷等含碳化合物的碳?xì)滏I斷裂，分解成熱解碳；
?、?通過控制制備反應(yīng)條件，熱解碳經(jīng)過成核、重排而生長形成石墨烯。
CVD法制備過程簡單，所得石墨烯質(zhì)量高，可實(shí)現(xiàn)大面積的生長，而且較易于轉(zhuǎn)移到各種基體上，CVD法如今已被廣泛用于制備石墨烯晶體管和透明導(dǎo)電薄膜，目前已逐漸成為制備高質(zhì)量石墨烯的重要方法。
4.氧化石墨還原法
氧化石墨還原法制備石墨烯是迄今*泛使用的一種方法。
?、?將鱗片石墨氧化成氧化石墨；
Ⅱ.氧化石墨之間發(fā)生剝離；
Ⅲ.通過還原方法還原去除各種含氧基團(tuán)，得到石墨烯。
氧化石墨還原法是一種低成本并且可以實(shí)現(xiàn)石墨烯批量生產(chǎn)的方法，但該方法也存在著一定的缺陷，在制備氧化石墨烯的過程中，石墨中的C-C鍵斷裂，共軛結(jié)構(gòu)遭到破壞，使氧化石墨烯為絕緣體，該方法所得到的石墨烯無法充分顯示石墨烯優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。
5.電化學(xué)法
?、?在恒電動(dòng)勢(shì)的條件下，以高純石墨棒為電機(jī)；
Ⅱ.通過電解陰*純石墨棒剝離，沉積到陽極上；
?、?因?yàn)閯冸x后的石墨烯在電解質(zhì)溶液中有離子保護(hù)作用，被阻止重新聚集形成石墨。
電化學(xué)法能夠一步制備出功能化的石墨烯，但制備出的石墨烯片層較厚并且氧含量較高。
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展會(huì)城市：上海市展會(huì)時(shí)間：2024-12-11