化学气相沉积 三维石墨烯

化学气相沉积（CVD）法是近年来发展起来的，制备石墨烯的新方法，采用该法制备的石墨烯具有质量高尺寸大等优点，是实现工业化生产潜力最大的方法之一。

CVD法制备石墨烯的步骤石墨烯在金属催化剂表面的CVD 生长是一个复杂的多相催化反应体系。

该过程主要涉及以下几个基元步骤：(1) 烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解；(2) 表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散；(3) 降温过程中碳原子从催化剂体相向表面的析出；(4) 碳原子在催化剂表面的成核及二维重构，生成石墨烯。

化学气相沉积生长石墨烯的基本步骤：（1）碳源在催化剂表面吸附；（2）碳源脱附；（3）碳源的脱氢分解；（4）碳原子在催化剂表面的迁移；（5）碳原子在表面直接成核并生长成石墨烯；（6）碳原子在高温下溶入金属体相；（7）碳原子在金属体内扩散；（8）降温，碳原子从金属体相中析出，并在表面成核生长石墨烯。

CVD法生成石墨烯的机理首先碳源在催化剂表层分解，形成碳原子，形成的碳原子一部分在催化剂表面直接成核形成石墨烯，另一部分碳原子渗透进入催化剂体相，并和金属形成合金。

当温度降低，碳在催化剂体相中的溶解度降低，高温时渗透进入的体相的碳原子就在催化剂表面析出，并优先在晶界、台阶等缺陷处成核形成石墨烯。

除去扩散进入金属体相的碳原子，碳源分解生成的部分碳原子会在金属表面直接形成石墨烯。

这是一个表面催化的过程，对于溶碳量较低的金属(如Cu)，其上石墨烯的生长主要遵循这种机理。

CVD生长石墨烯主要包括两个路径，一个路径是“直接生长”，催化裂解出来的碳原子直接在催化剂表面成核、进而生长成石墨烯薄膜；另一个路径则是“迂回生长”，催化裂解的表面碳原子渗透进入体相溶解后，再在表面析出，成核生长形成石墨烯薄膜。

两个平行生长路径的贡献，取决于金属催化剂的溶碳能力、金属碳化物的生成及其在生长温度下的化学稳定性。

CVD法制备石墨烯碳源的选择在金属催化基底作用下，常选用气态烃类碳源特别是甲烷(CH4)作为前驱体,用来生长单层石墨烯。

石墨烯基复合材料的制备及性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有多种优异的物理、化学和机械性质，被广泛认为是材料科学领域的革命性发现之一。

石墨烯具有极高的电子迁移率、巨大的表面积和出色的机械强度，使其成为制备复合材料的理想增强剂。

石墨烯基复合材料的制备方法有多种，其中最常用的方法之一是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）。

CVD法通过将碳源气体（如甲烷）在高温下引入反应室中，经过化学反应生成石墨烯，并将其沉积在基底材料上。

CVD法制备的石墨烯通常为大面积单层石墨烯，具有较高的质量和较少的缺陷。

石墨烯基复合材料的性能研究是一个热门领域。

其中一个典型应用是石墨烯纳米复合材料的电子器件方面。

石墨烯的高电子迁移率和大量的自由电子使其成为理想的导电层材料，可以用于制备高性能的柔性电子器件、传感器和太阳能电池。

另外，石墨烯还可以作为增强剂用于制备高性能的复合材料。

石墨烯具有极高的拉伸强度和刚度，可以有效地增强复合材料的力学性能。

研究表明，在复合材料中引入少量的石墨烯可以显著提高复合材料的强度、刚度和耐磨性。

除了力学性能的增强，石墨烯还可以改善复合材料的导热性能。

石墨烯具有优异的热导率，能够有效地传导热量。

因此，将石墨烯引入导热性能较差的基体材料中，可以显著提高复合材料的导热性能。

这对于一些需要高导热材料的领域（如电子散热材料）具有重要意义。

此外，石墨烯还可以提高复合材料的抗腐蚀性能。

石墨烯具有较高的化学稳定性，可以有效地防止基体材料受到腐蚀。

因此，在复合材料中引入石墨烯可以增强复合材料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。

总之，石墨烯基复合材料的制备和性能研究是一个充满挑战和潜力的领域。

石墨烯的优异性能使其成为制备高性能电子器件和复合材料的理想材料。

未来，随着对石墨烯制备技术和性能研究的不断深入，相信石墨烯基复合材料将在各个领域展现出更多的应用前景。

三维石墨烯制备的有效方法一、引言在过去几十年中，石墨烯作为一种具有出色的物理和化学性质的二维材料，引起了广泛的研究兴趣。

然而，随着研究的深入，人们意识到二维石墨烯存在一些限制，例如其机械稳定性和特定的电子输运特性。

为了解决这些问题，三维石墨烯近年来受到了更多的关注。

在本文中，我们将探讨一些有效方法来制备三维石墨烯。

二、机械剥离法机械剥离法是最早被用于制备二维石墨烯的方法之一，也可以用于制备三维石墨烯。

该方法的基本原理是通过使用胶带或刮刀等工具，将石墨烯从石墨材料中剥离下来。

然而，由于三维石墨烯的结构更为复杂，机械剥离法在制备过程中会面临一些挑战。

机械剥离往往会导致石墨烯层之间的层间距扩大，从而降低了材料的电子传导性能。

对于较大规模的制备过程来说，机械剥离法也存在效率低下的问题。

三、化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是一种常用的制备二维石墨烯的方法，也可以用于制备三维石墨烯。

该方法的基本原理是通过将碳源气体（通常是甲烷或乙烯）与金属催化剂（如铜片或镍片）共同放置在高温下，使碳源气体在催化剂表面解离，生成碳原子，最终形成石墨烯薄片。

与二维石墨烯不同，制备三维石墨烯需要控制催化剂的形貌和热力学参数，以实现石墨烯的三维生长。

化学气相沉积法还可以通过调节碳源气体的浓度和流量，以及反应时间和温度等参数，来控制石墨烯的厚度和形貌。

四、电化学剥离法电化学剥离法是一种相对较新的制备石墨烯的方法，也可以用于制备三维石墨烯。

该方法利用电化学反应将石墨材料中的碳原子逐层剥离，形成石墨烯层。

其中，电解液中的化学物质和电流密度是影响石墨烯剥离速度和质量的重要因素。

通过调节电化学剥离的条件，可以控制三维石墨烯的结构和性能，如层数、孔隙度和导电性等。

然而，电化学剥离法的制备过程相对复杂，并且需要较大的设备和操作技术。

五、层层析法层层析法是一种将二维石墨烯堆积成三维结构的方法。

该方法首先制备单层或多层的二维石墨烯，然后通过层间作用力或界面薄膜的辅助，将这些石墨烯层堆积起来形成三维结构。

石墨烯生产工艺石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有很高的导热性、导电性和强度，广泛应用于能源、电子、生物医药等领域。

石墨烯的生产工艺主要包括机械剥离法、氧化还原法和化学气相沉积法。

机械剥离法是最早发现的石墨烯制备方法，其原理是通过使用粘性剥离带或胶带来从石墨材料上剥离出石墨烯薄片。

这种方法的优势是简单易行、节约成本，适用于小规模生产。

然而，机械剥离法产量低，无法满足大规模应用的需求。

氧化还原法是一种利用氧化物的还原反应来制备石墨烯的方法。

首先，通过石墨氧化剂对石墨材料进行氧化处理，生成氧化石墨。

然后，将氧化石墨通过热处理还原为石墨烯。

氧化还原法可以生产高质量、大面积的石墨烯，但需要使用较高温度和较长时间进行处理，成本较高。

化学气相沉积法是一种通过在金属基片上使用化学气相沉积技术来制备石墨烯的方法。

这种方法首先在金属基片上化学气相沉积一层碳源材料，如甲烷或乙炔。

然后，利用高温和催化剂的作用，使碳源材料在基片上形成石墨烯层。

化学气相沉积法可以生产高质量、大面积的石墨烯，且可以控制石墨烯的厚度和结构。

然而，该方法需要较昂贵的设备和较复杂的工艺流程。

除了以上三种主要的石墨烯生产工艺外，还有一些其他辅助工艺被用于改善石墨烯的质量和性能。

例如，化学还原法可以通过在石墨烯表面引入还原剂来修复石墨烯的缺陷并改善其导电性。

等离子体刻蚀可以用于剥离石墨烯的基片，使其可以在不同的基片上转移到。

总之，石墨烯的生产工艺多样，每种工艺都有其优缺点。

在实际生产中，选择适合自身条件和需求的工艺是非常重要的。

随着对石墨烯应用的不断研究和发展，相信会有更多更高效的石墨烯生产工艺被不断探索和应用。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·168·化 工 进展石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的研究进展刘霞平，王会才，孙强，杨继斌（天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387）摘要：石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料，具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点，普遍应用于各个领域。

但由于石墨烯使用过程中易团聚，导致其应用领域受限。

石墨烯组装而成的3D 石墨烯拥有更大的活性表面积等特性，近年来引发密切关注。

与此同时，石墨烯、3D 石墨烯改性成为当前探究的焦点。

本文在介绍石墨烯、3D 石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上，总结了3种复合材料的主要制备途径，并且分析了其合成方法的利弊。

重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用，简述了复合材料优良性能产生的机理。

提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。

最后指出了石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。

关键词：石墨烯；3D 石墨烯；改性；团聚；复合材料中图分类号：TB33 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0168–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0838Research progress of graphene and 3D graphene compositesLIU Xiaping ，WANG Huicai ，SUN Qiang ，YANG Jibin（School of Environmental and Chemistry Engineering ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ）Abstract: Graphene is a honeycomb material composed of a flat monolayer of tightly packed carbonatoms. It has large surface area ，good heat transfer performance ，and excellent conductivity ，and therefore is widely used in various fields. However ，graphene is easy to aggregate ，which greatly limits its applications. In recent years ，the graphene assembled 3D graphene has attracted lots of attention because of its large active surface area and other good characteristics. At the same time ，the modifications of graphene and 3D graphene have become the focus of current research. This paper introduced the structure and properties of graphene and 3D graphene and the preparation of graphene ，and then summarized the main preparation methods of three kinds of composites ，followed by the analysis of the advantages and disadvantages of the synthesis method. Special emphasis was devoted to their applications in lithium ion batteries ，electrochemical catalysts of fuel cells and sensors. The mechanism of the excellent performance of composite materials was briefly introduced. It is suggested that the doping amount ，doping ratio and the doping sites are key factors in the doping modification. Finally ，it was pointed out that the preparation of graphene and 3D graphene composites is also facing bottlenecks of instability ，unable to prepare in large scale and low conductivity. Finally ，its prospects in the development of solid metal lithium batteries ，transparent batteries ，adsorption materials and other fields were also discussed. Key words ：graphene ；3D graphene ；modification ；agglomeration ；composites@ 。

石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。

石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。

石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。

良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。

极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。

超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。

超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。

二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。

机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。

微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。

石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。

自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。

然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。

因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。

功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。

改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。

通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。

氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。

还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。

官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。

这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。

共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。

经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。

在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。

在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。

在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。

功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。

尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。

功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。

石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。

石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。

本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。

通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能1二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，新型高性能电化学储能设备受到越来越广泛的关注。

二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料作为一种新型的电化学储能材料，具有较高的比电容和循环性能，在超级电容器和锂离子电池中都有广泛的应用。

本文主要介绍二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备与电化学性能。

一、制备方法二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备一般采用两步法，首先制备石墨烯泡沫材料，再利用化学气相沉积技术将二氧化锰负载在石墨烯泡沫材料表面，最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

1. 制备石墨烯泡沫材料制备石墨烯泡沫材料的方法有多种，如化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学氧化还原法等。

本文介绍一种干法化学剥离法制备石墨烯泡沫材料的方法。

将天然石墨在高温下处理，使其表面产生氧化物，然后将氧化后的天然石墨和聚乙烯醇溶液混合，并通过超声波剥离得到石墨烯泡沫材料。

最后将石墨烯泡沫材料热处理，得到具有三维结构的石墨烯泡沫材料。

2. 负载二氧化锰将制备好的石墨烯泡沫材料浸泡在含有二氧化锰前体溶液的乙醇中，然后通过化学气相沉积技术将二氧化锰沉积在石墨烯泡沫材料表面。

最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

二、电化学性能二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的电化学性能一般通过循环伏安法、电化学阻抗谱等测试手段进行测试。

1. 循环伏安法测定循环伏安法是一种常用的电化学测试方法，可以用于测试电化学反应的物理化学特性和电化学反应动力学特性。

将测试样品放置于电极中，在特定电位范围内进行循环伏安扫描，记录扫描图像。

通过扫描图像可以获得电极的片儿式容量、比电容、电化学反应动力学特性等数据。

2. 电化学阻抗谱测试电化学阻抗谱测试是一种可以获得电极电化学行为信息的测试方法。

将测试样品放置于电极中，施加一定的交流电压，记录阻抗谱。

三维石墨烯制备方法一、前言三维石墨烯是一种新型的碳材料，具有优异的电导性、导热性和力学性能，被广泛应用于传感器、储能器件等领域。

本文将介绍三维石墨烯的制备方法。

二、化学气相沉积法化学气相沉积法是制备三维石墨烯的一种常用方法。

其步骤如下：1. 准备材料：金属基板（如镍、铜等）、碳源（如甲苯）和气体（如氢气）。

2. 清洗基板：将金属基板放入去离子水中清洗，然后用乙醇和丙酮混合液再次清洗，最后用干氮吹干。

3. 热处理基板：将清洗干净的金属基板放入高温炉中，在氢气流中加热至800℃以上，保持1小时以上。

4. 气相沉积：将碳源注入反应室中，在高温下分解生成碳原子，并在金属基板表面沉积形成三维结构的石墨烯。

5. 冷却处理：停止碳源注入，继续在氢气流中加热5分钟，然后将反应室冷却至室温。

6. 取下样品：用去离子水将金属基板浸泡，然后用乙醇和丙酮混合液清洗，最后用干氮吹干即可得到三维石墨烯样品。

三、化学还原法化学还原法是另一种制备三维石墨烯的方法。

其步骤如下：1. 准备材料：氧化石墨、还原剂（如氢气）、溶剂（如N-甲基吡咯烷酮）。

2. 制备混合物：将适量的氧化石墨和还原剂混合均匀，并加入适量的溶剂搅拌均匀。

3. 还原反应：在惰性气体保护下，在高温高压条件下进行还原反应，使氧化石墨被还原成三维结构的石墨烯。

4. 水洗处理：用去离子水将样品浸泡，并用超声波震荡1小时以上，然后反复使用纯水洗涤多次，直到pH值为7左右。

5. 干燥处理：将样品放入真空干燥箱中，在60℃下干燥至完全干燥。

四、电化学沉积法电化学沉积法是另一种制备三维石墨烯的方法。

其步骤如下：1. 准备材料：金属基板（如铜）、电解液（如硫酸铜溶液）、阳极（如铂）。

2. 清洗基板：将金属基板放入去离子水中清洗，然后用乙醇和丙酮混合液再次清洗，最后用干氮吹干。

3. 电解液处理：将硫酸铜溶液倒入电解槽中，并加入适量的阳极。

4. 电化学沉积：在恒定电位下，将金属基板浸泡在电解槽中，通过氧化还原反应使金属表面沉积形成三维结构的石墨烯。

石墨烯材料制备方法总结常见的石墨烯材料制备方法包括但不仅限于下列方法：1、机械剥离法 mechanical exfoliation通过施加物理机械力（如摩擦力、拉力等）将石墨晶体解理制备石墨烯材料的方法。

机械剥离的石墨烯质量很高，剥离出来的一般是几百个纳米、或者微米的石墨烯片层。

但是这种方法存在一些缺点如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，一般用于石墨烯的性质研究，产量非常非常低，转移也很具有挑战，因此不能满足工业化需求。

2、化学气相沉积法 chemical vapor disposition高温下含碳原子气体在衬底（如金属或非金属等）表面分解并沉积生成石墨烯材料的方法。

低压化学气相沉积法。

低压对设备的要求稍微高一些，可制备大面积的石墨烯薄膜，质量没有机械剥离的高，但与氧化法等制备的石墨烯比较而言质量高很多。

常压化学气相沉积法。

常压比起低压而言，对设备的要求低一些，可制备大面积的石墨烯薄膜，质量较高。

3、氧化还原法 oxidation reduction通过先将石墨氧化成氧化石墨，然后将氧化石墨解理，进而通过还原来制备石墨烯材料的方法。

这种方法包括常用的Hummers 法、Standenmaier法、Brodie 法等。

氧化石墨还原法制备石墨烯是将石墨片分散在强氧化性混合酸中，例如浓硝酸和浓硫酸，然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂氧化得到氧化石墨(GO)水溶胶，再经过超声处理得到氧化石墨烯，最后通过还原得到石墨烯。

这是目前最常用的制备石墨烯的方法。

这种方法环保、高效，成本较低，并且能大规模工业化生产。

其缺陷在于强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性，影响电子性质，因而在一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。

氧化还原法制备的石墨烯是粉末，石墨烯的缺陷较大，但是可以实现大量生产、大规模的应用，并且易于和别的物质复合，易于改性研究。

4、高温裂解法 high temperature pyrolysis在高温（借助催化剂或无催化剂）条件下，将含有碳元素的化合物（如碳化硅SiC等）通过热裂解的方式生成石墨烯的方法。

石墨烯制备四种主要方法石墨烯制备技术发展迅速。

石墨烯优良的性能和广泛的应用前景，极大的促进了石墨烯制备技术的快速发展。

自2004年Geim等首次用微机械剥离法制备出石墨烯以来，科研人员又开发出众多制备石墨烯的方法。

其中比较主流的方法有外延生长法、化学气相沉淀CVD 法和氧化石墨还原法等。

现有制法还不能满足石墨烯产业化的要求。

包括微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法在内的众多制备方法目前仍不能满足产业化的要求。

特别是产业化要求石墨烯制备技术能稳定、低成本地生产大面积、纯度高的石墨烯，这一制备技术上的问题至今尚未解决。

微机械剥离法石墨烯首先由微机械剥离法制得。

微机械剥离法即是用透明胶带将高定向热解石墨片按压到其他表面上进行多次剥离，最终得到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得到了单层石墨烯，证明了二维晶体结构在常温下是可以存在的。

微机械剥离方法操作简单、制作样本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法。

但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，成本高，不适合大规模生产。

外延生长法外延生长方法包括碳化硅外延生长法和金属催化外延生长法。

碳化硅外延生长法是指在高温下加热SiC单晶体，使得SiC表面的Si原子被蒸发而脱离表面，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。

金属催化外延生长法是在超高真空条件下将碳氢化合物通入到具有催化活性的过渡金属基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面，通过加热使吸附气体催化脱氢从而制得石墨烯。

气体在吸附过程中可以长满整个金属基底，并且其生长过程为一个自限过程，即基底吸附气体后不会重复吸收，因此，所制备出的石墨烯多为单层，且可以大面积地制备出均匀的石墨烯。

化学气相沉淀CVD法：最具潜力的大规模生产方法CVD法被认为最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯，是产业化生产石墨烯薄膜最具潜力的方法。

1.1 石墨烯的研究历史1.引言碳元素在自然界中占有重要且独特的地位，在恒星中，三个α粒子的融合导致了碳元素的形成，而这种形成过程又在宇宙中重元素的形成过程中占有重要地位。

碳原子相互连接形成网络构型的能力为有机化学的基础，同样也是生命得以形成的本源。

碳原子本身甚至在大多数情况下都存在复杂的行为，形成各种独特的结构。

如人们早已知晓的石墨与金刚石结构，又如最近才发现的富勒烯和碳纳米管结构。

1985 年富勒烯被发现（1996 年其发现者获诺贝尔奖）以来，纳米结构碳材料在过去的 25 年中一直处于研究的中心位置。

尽管如此众多的结构先后被发现，但碳元素的二维结构在很长一段时间内令人惊奇的没有被发现。

直到2004年，Adre Geim和Novselov宣布了极其简便的制备石墨烯的方法，以及对其物性测量的结果，产生了深远的影响。

2010年，由于石墨烯的发现，Geim和Novselov 被授予诺贝尔物理奖。

石墨烯的早期研究石墨烯作为一个概念由来已久，至少可以追溯到1947年Wallace撰写的那篇开创性的影响深远的文章。

文中 Wallace推导出了石墨烯的布里渊区中K点附近电子结构的E(k)色散关系。

然而，早期学界对碳纳米结构的研究兴趣少之又少。

这点可以由1960年ISI对碳纳米结构每年的发表文章的数量体现出来。

同时，通过计入一定的时间延迟，图中也显示出每种新的碳纳米结构的出现，对文献数量的影响。

单层石墨烯及多层石墨烯实际上在1962年就已经被Boehm制备出来，直到1970年代，才因为在石墨中插入制备化合物的工作为人所知。

他制备石墨烯的方法基于还原氧化石墨烯的基本思想，并广泛地被后人所采用。

Boehm在对石墨烯的早期表征中，采用了X射线衍射的方法，并尝试在特定区域测量其厚度。

虽然1962年得表征手段不如现代技术那么先进，Boehm的工作因为其清晰独到的简介而格外引人注目。

制备单层及多层石墨烯的方法，之后发展了起来，有些方法基于从大块的石墨上剥离出小块来。

石墨烯的制备石墨烯的定义石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。

石墨烯的制备方法物理方法：微机械剥离法通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。

印章切取转移印制法在印章突起的表面上涂上一层/ 转换层0 ( 可用树脂类材料通过旋转涂布法均匀涂于表面, 其作用像胶水那样黏附石墨烯) , 在300psi 及室温下, 将这种印章按压在石墨上, 高压下印章边缘产生极大的剪应力, 使得石墨烯层从石墨上分离下来。

类似地, 将石墨烯层从印章上转移到器件上同样需要/ 固定层0( 要求这种/ 转换层0与石墨烯间的作用力远大于/ 转换层0与石墨烯间的作用力) , 经类似的操作使得石墨烯从印章上剥落下来。

印章切取转移印制法操作简单, 但难以制备单层石墨烯, Stephen 等通过此方法得到的多为四层的石墨烯( 厚度约为113nm) 。

模板法1988年京谷隆等利用模板法在蒙脱土的层间形成了石墨烯片层，一旦脱除模板，这些片层就会白组装形成体相石墨。

一些研究小组正在探索如何利用二维模板的孔隙制备可自由存在的单层石墨烯片层，但至今尚无令人满意的结果报道。

化学方法：氧化-还原法指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨( GO) ,经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨) ,加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。

溶液剥离法原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层间,进行层层剥离,制备出石墨烯。

加热Si-C法加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。

具体过程是：将经氧气刻蚀的样品在高真空下通过电子轰击，除去氧化物。

二氧化锰三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能一、本文概述本文旨在探讨二氧化锰（MnO₂）三维结构石墨烯电极材料的制备方法及其电化学性能。

作为一种重要的无机材料，二氧化锰因其独特的物理化学性质，在能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。

特别是在锂离子电池、超级电容器等电化学储能器件中，二氧化锰表现出高理论容量、环境友好、成本低廉等优势。

然而，其在实际应用中仍面临导电性差、循环稳定性不足等问题。

因此，寻求有效的策略改善二氧化锰的电化学性能，对推动其在电化学储能领域的应用具有重要意义。

近年来，石墨烯作为一种二维纳米材料，因其出色的导电性、高比表面积和良好的化学稳定性，成为改善二氧化锰电化学性能的理想载体。

通过将二氧化锰与石墨烯复合，可以显著提高二氧化锰的导电性，改善其电化学性能。

在此基础上，三维结构的构建可以进一步提高电极材料的比表面积和离子扩散速率，从而进一步优化其电化学性能。

本文首先介绍了二氧化锰三维结构石墨烯电极材料的制备方法，包括溶液混合法、水热法、化学气相沉积法等。

随后，通过电化学测试手段，如循环伏安法、恒流充放电测试、电化学阻抗谱等，对所制备的电极材料的电化学性能进行了全面评估。

本文还探讨了不同制备条件对电极材料性能的影响，以及电极材料在实际电化学储能器件中的应用前景。

本文的研究结果有望为二氧化锰三维结构石墨烯电极材料的设计和优化提供理论支持和实验依据，推动其在电化学储能领域的实际应用。

二、二氧化锰三维结构石墨烯电极材料的制备二氧化锰三维结构石墨烯电极材料的制备是一个涉及多个步骤的复杂过程，其关键在于精确控制二氧化锰在石墨烯三维结构中的分散与结合。

选用高质量的石墨烯原材料，通过化学气相沉积或液相剥离等方法，制备出具有一定层数和尺寸的石墨烯片层。

随后，通过溶液浸渍法或气相沉积法，在石墨烯片层上均匀沉积二氧化锰纳米颗粒。

这一过程中，需要精确控制沉积条件和参数，以确保二氧化锰纳米颗粒的尺寸和分布均匀性。

化学气相沉积法(总4页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--化学气相沉积法摘要：本文从化学气相沉积法的概念出发，详细阐述了利用化学气相沉积法制备石墨烯以及薄膜，并展望了未来化学气相沉积法可能的发展方向。

关键词：化学气相沉积法；制备；应用一、前言近年来，各国科学工作者对化学气相沉积进行了大量的研究，并取得一定的显著成果。

例如，从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末及各种涂层（包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物）的方法。

其中化学沉积碳化钛技术已十分成熟。

化学气相沉积还广泛应用于薄膜制备，主要为Bchir等使用钨的配合物Cl4 (RCN)W(NC3H5)作为制备氮化钨或者碳氮共渗薄膜的原料—CVD前驱体；Chen使用聚合物化学气相沉积形成的涂层提供了一个有吸引力的替代目前湿法化学为主的表面改善方法。

同时，采用CVD方法制备CNTS的研究也取得很大的进展和突破，以及通过各种实验研究了不同催化剂对单壁纳米碳管的产量和质量的影响，并取得了一定的成果。

二、化学气相沉积法概述1、化学沉积法的概念化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

它本质上属于原子范畴的气态传质过程。

与之相对的是物理气相沉积（PVD）。

化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。

2、化学气相沉积法特点(1) 在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

(2) 可以在常压或者真空条件下负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好(3) 采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行(4) 涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

石墨烯及其气凝胶的制备方法综述徐刚;张春梅;薛文超;刘学发;李华;陈玉洁;刘河洲【摘要】石墨烯是一种只有一个原子层厚度的片状二维碳材料,由于具有优异的电学、热学和光学性能,使其迅速成为世界范围内的研究热点.本文总结了石墨烯及其三维结构气凝胶的制备方法,对不同制备方法所得气凝胶的结构与性能差异进行对比,并对其应用进行了展望.新的研究表明,在电子器件、形状记忆复合材料、电磁吸波材料、污水处理等领域三维结构石墨烯更能充分发挥其优秀性能,因此三维结构石墨烯具有很大的应用前景.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】5页(P60-64)【关键词】石墨烯;石墨烯气凝胶;制备方法【作者】徐刚;张春梅;薛文超;刘学发;李华;陈玉洁;刘河洲【作者单位】西南技术工程研究所,重庆400039;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O613.7石墨烯是一种只有一个原子层厚度的片状二维材料，石墨烯也是目前发现的最薄的二维材料。

石墨烯的晶格中包含六个采取sp2杂化的碳原子，晶格结构是与苯环类似的平面正六边形结构，其结构如图1所示[1]。

石墨烯的特殊晶格结构赋予了石墨优秀的电学、热学和机械性能。

石墨烯的电导率为104S/m，载流子迁移速率高达15 000 cm2·V·s-1.石墨烯具备良好的导热性能，其导热速率高达5 000 W·m-1·K-1.石墨烯的具备优秀的机械性能，其强度为130 GPa是钢铁的100倍。