超重力技術(shù)及應(yīng)用論(編輯修改稿)
2025-02-03 02:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 石墨烯的制備方法大體上可以分為化學(xué)法和物理方法兩種。其中，化學(xué)法研究較早，主要是采用苯環(huán)或其他芳香體系為核，通過偶聯(lián)反應(yīng)使苯環(huán)上 6 個碳原子全部取代，然后相鄰取代基之間脫氫形成新的芳香環(huán)，如此反復(fù)多步反應(yīng)使芳香體系變大，缺點是不能合成較大平面結(jié)構(gòu)的石墨烯，因此很快被物理方法取代；物理法主要以石墨為原料來合成，相對于化學(xué)方法，不但原料成本降低，并且可以制備出較大平面結(jié)構(gòu)的石墨烯，是目前的主流方向，國內(nèi)外均有相關(guān)綜述 [2， 3]。近幾年來，人們已經(jīng)在石墨烯的制備方面取得了積極的進展，發(fā)展了機械剝離、晶體外延生長、氧化還原法、化學(xué)氣相沉積和有機合成等多種制備方法。 北京化工大學(xué) 化研 1410 何為 2022202280 2 機械剝離法 石墨烯最早的制備方法，例如從熱解石墨表面中剝離出石墨；第一片獨立的單層石墨烯片就是 Novoselov 等通過微機械剝離法從石墨晶體的表層剝離制得的，在 1mm 厚的高定向熱解石墨表面進行氧等離子刻蝕，然后將其粘到玻璃襯底上，接著在上面貼上 1μ m 厚的濕的光刻膠，經(jīng)烘焙，再進行反復(fù)粘撕，撕下粘在光刻膠上的石墨片放入丙酮溶液中洗去，最后將剩余在玻璃襯底上的石墨放入 丙醇中進行超聲處理，從而得到單層石墨烯 [4]。此方法的優(yōu)點是得到的產(chǎn)物有著完美的晶體結(jié)構(gòu)，缺陷較少，但是得到的產(chǎn)物不完全是單層石墨烯，而且產(chǎn)生石墨烯的效率較低，尺寸不易控制，不適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，只適合進行實驗室理論研究，限制了其實際應(yīng)用。 氧化還原法 氧化石墨烯還原法是將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，再將氧化石墨烯還原得到石墨烯。該方法所需的原料石墨價格低廉、易得且制備過程簡單，是目前最有可能實現(xiàn)大規(guī)模制備石墨烯的方法，國外許多科學(xué)家已經(jīng)對這方面做了大量的研究。它是將石墨氧化得到溶液中分散 (借助超聲 、高速離心 ) 的石墨烯前體 ,再用還原劑還原得到單層或多層石墨烯。 氧化的辦法一般有 3 種： Standenmaier 法、 Brodie 法、 Hummer 法。其中 ,Brodie方法采用發(fā)煙硝酸及 KClO3 作為氧化劑。 Staudenmaie 法用濃硫酸和發(fā)煙硝酸混合酸對石墨進行處理，同樣也是以 KClO3 為氧化劑。 Hummer 方法則使用濃H2SO NaNO3 及 KMnO4 作氧化劑， Hummer 的實驗表明如果得到的氧化石墨烯含氧量比較高時呈現(xiàn)黃色，低時則呈現(xiàn)黑色 [5]。本文中氧化石墨的制備便是采用 hummer 法得來。 氧化石墨的還原方法主要為使用還原劑還原，也有通過熱還原和紫外光還原北京化工大學(xué) 化研 1410 何為 2022202280 3 等多種方法。常見的還原劑主要有水合肼、二甲肼、對苯二酚和 NaBH4[6]等。Li 等 [7]通過用氨水調(diào)節(jié)溶液 pH 值以控制石墨層間的靜電作用，采用水合肼作為還原劑制備出穩(wěn)定、不需要任何保護劑的石墨烯單片，并制備出水中穩(wěn)定分散的石墨烯懸浮液，其電導(dǎo)率達到 7200S/m，使得石墨烯的加工更加便利，也使石墨烯的還原制備技術(shù)得到很大的提升； Stankovich 等人 [8]研究了化學(xué)還原剝離的氧化石墨制備石墨烯薄片，并得出結(jié)論：石墨烯擁有和初始石墨相似的性質(zhì) ，且比表面積高；氧化石墨烯經(jīng)還原后會產(chǎn)生不飽和的、共軛的碳原子，使電導(dǎo)率顯著增加，因此還原后的氧化石墨烯可應(yīng)用于儲氫材料或作為電傳導(dǎo)填充料應(yīng)用在復(fù)合材料領(lǐng)域； Guoxiu Wang[9]等將氧化石墨與水以一定的比例混合，使用超聲波震蕩至溶液透明無顆粒狀物質(zhì)，加入適量水合肼在 100℃回流 2h，通過場發(fā)射透射顯微鏡可以觀察到由于石墨烯片團聚和褶皺表現(xiàn)出了“ flowerpatels”的形狀。 化學(xué)氣相沉積法 化學(xué)氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition， CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在高溫、 氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，從而制得固體材料的工藝技術(shù)：通過將平面金屬薄膜、金屬單晶等基底置于高溫可分解的甲烷、乙烯等前驅(qū)體氣氛中，通過高溫退火使碳原子沉積在基底表面形成石墨烯，再用化學(xué)腐蝕法去除金屬基底后得到石墨烯片。通過選擇基底的類型、生長的溫度、前驅(qū)體的流量等參數(shù)可調(diào)控石墨烯的生長速率、厚度和面積 [10]，此種方法是大規(guī)模工業(yè)化制備半導(dǎo)體薄膜材料的最主要的方法。 Srivastava 等 [11]用微波增強化學(xué)氣相沉積法在 Ni 包裹的 Si 襯底上制備
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1