石墨烯制备

石墨烯常用制备方法石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有极高的导电性、热导率和机械强度，因此在电子学、光电子学、能源储存等领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍石墨烯的常用制备方法。

1. 机械剥离法机械剥离法是最早被发现的石墨烯制备方法之一，也是最简单的方法之一。

该方法的原理是通过机械剥离的方式将石墨材料剥离成单层石墨烯。

具体操作方法是将石墨材料放置在硅基底上，然后用胶带反复粘贴和剥离，直到得到单层石墨烯。

这种方法的优点是简单易行，但是制备的石墨烯质量较差，且产量低。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在基底上生长石墨烯的方法。

该方法的原理是将石墨材料放置在高温下，使其分解成碳原子，然后在基底上沉积成石墨烯。

具体操作方法是将石墨材料放置在石英管中，然后将氢气和甲烷气体通入管中，使其在高温下反应生成石墨烯。

这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，但是设备成本较高。

3. 化学还原法化学还原法是一种通过还原氧化石墨材料制备石墨烯的方法。

该方法的原理是将氧化石墨材料放置在还原剂中，使其还原成石墨烯。

具体操作方法是将氧化石墨材料放置在还原剂中，如氢气、氨气等，然后在高温下反应生成石墨烯。

这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，且产量较高，但是还原剂的选择和操作条件对制备的石墨烯质量有很大影响。

4. 液相剥离法液相剥离法是一种通过液相剥离的方式制备石墨烯的方法。

该方法的原理是将石墨材料放置在液体中，然后通过超声波或机械剥离的方式将其剥离成单层石墨烯。

具体操作方法是将石墨材料放置在液体中，如水、有机溶剂等，然后通过超声波或机械剥离的方式将其剥离成单层石墨烯。

这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，且操作简单，但是产量较低。

石墨烯的制备方法有很多种，每种方法都有其优缺点。

在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的制备方法。

随着石墨烯制备技术的不断发展，相信未来石墨烯的制备方法会越来越多样化，也会越来越成熟。

论石墨烯的制备方法石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，由于其在电子、光学、机械等方面的独特性能，引起了广泛的关注和研究。

石墨烯的制备方法有很多种，下面就几种常见的制备方法进行介绍。

一、机械剥离法机械剥离法是最早发现的石墨烯制备方法之一。

这种方法是通过用胶带等机械手段将石墨材料中的层状结构分离得到石墨烯。

将石墨材料表面涂覆一层胶水或胶带，随后在胶面上用力撕去一小块，再将这块小块对折数次，然后再撕开，就可以得到一个更薄的石墨片，重复这个过程多次即可得到石墨烯。

这种方法简单易操作，但是比较耗时和耗力。

二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较为常见的石墨烯制备方法。

该方法主要包括两个步骤，首先将金属催化剂（如铜、镍等）表面进行处理，然后将预先加热至高温的石墨片放入反应室中，在高温下与氢气、甲烷等碳源气体反应，然后通过冷却使其沉积在基底表面。

此时，石墨片原子层和基底表面结合，形成石墨烯薄膜。

三、化学还原法化学还原法是一种通过化学手段来制备石墨烯的方法。

这种方法一般是将氧化石墨氧化物如氧化石墨烯或氧化石墨烯纳米带等经过还原处理得到石墨烯。

常见的还原剂有氢气、氨气等。

四、电化学剥离法电化学剥离法是一种比较新颖的石墨烯制备方法。

该方法是通过在石墨基底和溶液中施加电场，将石墨片剥离成石墨烯。

具体操作过程是将石墨片作为阳极，放入含有离子溶液的电化学池中，然后施加电压，使石墨片与阳极之间发生剥离和离子交换，最终得到石墨烯。

电化学剥离法具有高效、可控性好等优点。

除了上述几种常见的制备方法外，还有许多其他的方法可以用来制备石墨烯，例如热解法、氧化还原法等。

这些方法各有优缺点，适用于不同的实际应用场景。

随着石墨烯研究的深入，相信会有更多更高效的制备方法被开发出来。

石墨烯的制备
石墨烯的制备如下：
1、微机械剥离法
方法：用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。

缺点：产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，不能满足工业化需求。

2、外延生长法
方法：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。

缺点：对制备所需的sic晶面要求极高，而且在sic上生长的石墨烯难以剥离。

3、化学气相沉积法（CVD法）
方法：将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面便会形成数层或单层石墨烯。

缺点：制备所需条件苛刻，需要高温高真空。

成本高，生长完成后需要腐蚀铜箔的到石墨烯。

4、氧化还原法
方法：先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，就可形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯。

缺点：化学反应程度很难控制，反应不完全的情况下会有大量杂质。

石墨烯生产原料
石墨烯的生产原料主要有天然石墨、石墨粉、氧化石墨、氯化石墨以及石墨烯前体材料等。

1. 天然石墨：通过天然石墨进行石墨烯的制备。

天然石墨是一种含有大量碳元素的岩石矿石，在石墨烯的生产过程中，通过化学或物理方法对天然石墨进行氧化、还原、剥离等处理，最终得到石墨烯材料。

2. 石墨粉：石墨粉是一种细小粒径的石墨颗粒，通常直径在0.1-500微米之间。

石墨粉可以通过研磨、球磨等方法制备，然后通过氧化还原等工艺将石墨粉转化为石墨烯。

3. 氧化石墨：氧化石墨是一种含有氧元素的石墨材料，通过将天然石墨或石墨粉暴露在氧气、氧化剂或酸性条件下，使其发生氧化反应，生成氧化石墨。

随后，通过还原等措施，可以将氧化石墨转化为石墨烯。

4. 氯化石墨：氯化石墨是一种含有氯元素的石墨材料，通过将天然石墨或石墨粉与氯气反应，使其发生氯化反应，生成氯化石墨。

然后再通过还原剂将氯化石墨降解，生成石墨烯。

5. 石墨烯前体材料：除了上述原料，还可以使用一些石墨烯前体材料进行石墨烯的制备。

这些前体材料可以是含有碳元素的有机化合物，如石墨烷、石墨烯烷、多聚苯乙烯等，也可以是含有碳元素的无机化合物，如碳化硅、碳纳米管等。

这些前体材料经过适当的处理和转化，可以得到石墨烯材料。

需要注意的是，石墨烯的生产原料选择主要取决于生产工艺和方法，不同的生产方式可能会采用不同的原料。

石墨烯的制备方法来源：厦门烯成目前，石墨烯材料的制备方法主要有四种：微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。

2004年英国Manchester大学的Geim和Novoselov等人利用微机械剥离法，也就是用胶带撕石墨[1]获得了单层石墨烯，并验证了二维晶体的独立存在。

他们利用氧等离子束在1mm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出20微米见方、深5微米的微槽，并将其用光刻胶压制在SiO2/Si衬底上，然后用透明胶带反复撕揭，剥离出多余的石墨片。

随后将粘有剩余微片的SiO2/Si衬底浸入丙酮溶液中，超声去除样品表面残余的胶和大多数较厚的片层。

所得到的厚度小于10nm片层主要依靠范德华力吸附在硅片上。

最后通过光学显微镜和原子力显微镜挑选出单层石墨烯薄片。

利用该方法可以获得高质量的石墨烯，但缺点是所获得石墨烯尺寸太小，仅几十或者上百微米。

且制备过程不易控制，产率低，不适合大规模的生产和应用。

同年美国佐治亚理工学院W.A. de Heer等人通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶SiC (0001) 面上外延生长石墨烯[2]。

具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC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℃后保持1分钟到20分钟，以形成极薄的石墨层。

相比微机械剥离法，外延生长法可以实现较大尺寸，高质量石墨烯制备，是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法，然而石墨烯的厚度由加热温度决定，大面积制备单一厚度的样品比较困难，且SiC过于昂贵，得到的石墨烯难以转移到其它衬底上。

然而，不管机械剥离法还是外延生长法都不适合大规模的工业应用。

2006年，Ruoff 课题组提出制备石墨烯基化合物“氧化石墨烯”的化学方法，又称为氧化还原法[3]，其核心是通过剥离氧化石墨形成单层氧化石墨烯。

氧化石墨是石墨在H2SO4、HNO3、HClO4等强氧化剂的作用下，或电化学过氧化作用下，经水解后形成的。

石墨烯常用制备方法
一、石墨烯常用制备方法
1、气相沉积（CVD）
气相沉积（CVD）属于一种分子气相化学反应，它是在高温（一般情况下在550-950℃）和高压（一般在100-1000pa）的条件下，将原料通过催化剂转变为石墨烯电催化膜的制备方法。

优点：有温控，可以控制膜的厚度和结构。

缺点：需要高温和高压的条件，可能导致电催化膜品质不好。

2、硅基模板制备法
硅基模板制备法是通过化学气相沉积（CVD）在硅基模板上形成石墨烯的制备方法。

此方法在多晶硅基模板上形成石墨烯膜，经过后续处理去除模板，形成石墨烯膜。

优点：此方法可以在室温条件下进行，操作简便；可以得到高质量的石墨烯膜。

缺点：膜的厚度受模板的厚度影响较大；制备过程比较复杂。

3、电沉积制备法
电沉积制备法是在电极上通过催化剂和原料的反应，利用催化反应产生的电子电子反馈参与沉积物质，从而制备石墨烯的方法。

优点：操作简便，制备过程较快；不受模板的厚度影响，可以控制膜的厚度；可以得到高质量的石墨烯膜。

缺点：需要精确的控制电极，否则可能影响膜的品质。

4、氢化焙烧法
氢化焙烧法主要是将不饱和的物质（如碳氢物质或酰酸物质等）在高温下进行氢化反应，从而形成石墨烯的方法。

优点：制备过程比较简单，不需要高温和高压的条件；可以得到结构良好的石墨烯膜。

缺点：制备过程的温控不够精确，可能影响石墨烯膜的品质。

石墨烯的制备方法注：①物理剥离法生长的石墨烯是纳米或微米级薄膜或薄片形式，具有较好的电化学、热传导、力学以及抗腐蚀等特点；更适用于锂电池领域。

②化学沉积法可以生产大面积的石墨烯薄膜，主要应用于新一代半导体、光学元器件以及触摸屏领域。

由于石墨烯是在金属表面沉积生产，表面有金属污染的可能。

国内制备石墨烯的企业：①方大碳素是亚洲最大的炭素制品生产供应基地，可生产国内外客户所需的各种品种规格的石墨电极以及炭素制品。

②常州二维碳素科技有限公司主要从事大面积石墨烯透明导电薄膜的生产。

③深圳市贝瑞特新能源材料有限公司全球最大的锂电池负极材料供应商，是全球唯一拥有负极材料完整价值链的企业，客户包括三星，LG，日本三洋，比亚迪等。

④金路集团，与中科院合作研发石墨烯。

石墨烯基材料的应用和商业化用途1.石墨烯在触摸屏领域的应用目前显示器和触摸屏等器件中的导体材料主要是氧化铟锡ITO材料，这种材料价格高，易碎且有毒性（毒性与铅不相上下），而石墨烯由于其特殊的分子结构，具有很强的导电性能，且几乎完全透明，这两种特性使得石墨烯成为一种性能非常好的透明导体材料。

此外，石墨烯具有高韧性吧，能够拉升20%而不断裂。

因此可以制成可折叠，伸缩的显示器件。

随着石墨烯制备工艺的进一步发展，石墨烯的制备成本将大幅降低。

目前，国际上的一些电子生产厂商，如三星电子，苹果公司也开始在石墨烯技术中展开角逐。

三星的石墨烯技术专利遍布触摸柔性屏，曲面显示屏、石墨烯晶体管等各个领域。

在10年与韩国成均馆大学利用CVD法开发研制了30英寸单层石墨烯膜，创造石墨烯膜尺寸记录。

苹果公司目前也拥有至少两项与石墨烯相关的技术，预计将主要运用于手机显示屏。

国内也有多家公司业开始将石墨烯薄膜用于手机电容式触摸屏，并开始实现石墨烯触摸屏小批量生产。

这些公司有，重庆墨希科技有限公司，宁波墨西科技有限公司，常州二维碳素科技有限公司，辉锐科技等。

①常州二维碳素科技有限公司主要从事大面积石墨烯透明导电薄膜的生产，该产品主要市场包括：石墨烯透明导电薄膜材料的生产和销售，以及在透明电极、储能、电子器件等领域的应用技术开发和技术支持服务。