石墨烯制备四种主要方法
- 格式:docx
- 大小:17.31 KB
- 文档页数:2
石墨烯的机械剥离方法石墨烯是一种由碳原子构成的单层平面材料,具有很高的导电、导热性能以及极高的机械强度和柔韧性。
随着石墨烯的广泛研究和应用,该材料的制备方式也得到了不断改善和创新。
其中,机械剥离方法是制备石墨烯的一种常用方法。
机械剥离方法是指利用机械力对大块石墨材料进行分层处理,从而得到单层石墨烯的制备方法。
这种方法具有简单易操作、成本较低、可以进行大规模制备等特点,因此得到了广泛应用。
目前流行的机械剥离方法主要有以下几种。
第一种是静电剥离法。
这种方法是在无尘室中制备单层石墨烯的一种常见方法。
将石墨材料放在带有金属箔的半导体基底上,使用金属箔与石墨材料之间的静电作用力将石墨材料逐渐剥离,得到单层石墨烯。
第二种是胶带剥离法。
这种方法是将石墨材料粘在胶带上,再用胶带将石墨材料逐渐剥离成单层石墨烯。
该方法成本低廉,但对石墨材料的大小和形状有一定限制。
第三种是磨削剥离法。
这种方法是将石墨材料放置在机械磨床上,在水中进行剥离。
通过机械力的作用,将石墨材料在水中磨成单层石墨烯。
该方法适用于大面积制备单层石墨烯。
第四种是气体分子剥离法。
该方法是在低温下,将氢气和氧气分解成氢和氧分子,然后通过特殊装置将氢和氧分子加速喷射到石墨表面,形成单层石墨烯。
该方法可以制备大面积、高质量的单层石墨烯。
总的来说,机械剥离方法是石墨烯制备的一种简单有效的方法,目前已经得到了很大的应用。
随着石墨烯的广泛应用,机械剥离方法的改良和创新也将不断推进,相信未来会有更多的机械剥离方法被开发出来,为石墨烯的制备提供更多便利和高效的方案。
石墨烯是怎么制造的?
石墨烯是近年来般引发追求的一种新型材料,其制造工艺可以通过以下过程来实现。
1. 在氖气的催化作用下进行切割。
石墨烯是由石墨制得的,因此要实现切割,首先要经过极端高温的加热。
在加热的过程中,在石墨粉末中添加氖气,形成了气体体系,引发化学反应而生成了石墨烯。
2. 结晶高温焙烧。
石墨切片被放置在结晶炉中,在一定的温度和压力的作用下,石墨能够经过一定的结晶过程,最终形成石墨烯。
3. 冷却成形。
当石墨烯制造结束后,马上进行冷却,此时采用的方式有空气冷却、水冷却、流体冷却等,其他过程也根据使用的冷却方法而改变,当冷却完成后,石墨烯就造具备了一定的力学性能,可以进行研究利用。
4. 分离与组装。
经过上述过程,石墨烯已经制成了单一的层状物,此时需要将其分离,并经过组装来形成所需要的石墨烯。
5. 功能涂覆。
经过组装和分离,石墨烯形成之后,就可以进行功能涂覆,如氧化处理、电镀处理等,使其具有特定的功能,以满足各种工业的需求。
综上所述,石墨烯的制造过程主要是以上,在过程中主要是通过气氛加热等措施实现的,需要有一定的技术才能掌握和完成,现在的石墨烯技术日趋成熟,服务于多个领域。
石墨烯薄膜的制备方法及应用石墨烯是一种二维碳材料,具有强大的物理和化学性质,在许多领域都有广泛的应用前景。
其中,石墨烯薄膜的制备方法是一个重要的研究方向。
本文将介绍石墨烯薄膜的制备方法及其应用。
一、石墨烯薄膜的制备方法石墨烯薄膜的制备方法有多种,以下是其中几种常见的方法。
1. 物理法物理法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和氧化铜、氢氧化钠等反应物混合,通过加热和压融的方式生成石墨烯薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜质量较高,但成本较高。
2. 化学法化学法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和氧化铜、氯化锌等反应物混合,通过溶剂化、溶胶-凝胶法等方法将石墨烯制成薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜质量较差,但成本相对较低。
3. 电弧法电弧法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和溶剂混合,通过电弧加热的方式生成石墨烯薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜厚度较大,但质量较好。
4. 光刻法光刻法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和光敏剂混合,通过曝光和显影的方法将石墨烯制成薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜具有较好的导电和光学性能。
二、石墨烯薄膜的应用石墨烯薄膜具有许多优异的物理和化学性质,在许多领域都有广泛的应用前景。
以下是一些常见的应用。
1. 导电材料石墨烯薄膜具有良好的导电性能,可用于制备导电材料。
例如,在电池领域,将石墨烯薄膜用作电极材料,可以提高电池的导电性能和能量密度。
2. 光学材料石墨烯薄膜具有良好的光学性能,可用于制备光学材料。
例如,在显示器领域,将石墨烯薄膜用作光催化显示器,可以实现透明、节能和柔性的显示器。
3. 传感器材料石墨烯薄膜具有良好的传感性能,可用于制备传感器材料。
例如,在气体传感器领域,将石墨烯薄膜用作气体传感电极,可以实现高精度的气体传感。
4. 电子封装材料石墨烯薄膜具有良好的电子封装性能,可用于制备电子封装材料。
例如,在电子器件领域,将石墨烯薄膜用作封装材料,可以提高器件的稳定性和可靠性。
石墨烯工艺流程石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维材料,具有极高的导电性、热导率和机械强度,因此在电子、光电子、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯的制备工艺流程对于其性能和应用具有重要影响,下面将介绍一种常用的石墨烯制备工艺流程。
1. 原料准备。
石墨烯的制备原料主要包括天然石墨粉和氧化剂,其中氧化剂常用的有硫酸、硝酸等。
在制备过程中,需要严格控制原料的纯度和质量,以确保制备出的石墨烯具有良好的性能。
2. 氧化石墨粉制备。
首先将天然石墨粉与氧化剂混合,并在一定温度下进行氧化反应,生成氧化石墨粉。
这一步骤是制备石墨烯的关键,氧化石墨粉的质量和结构对最终石墨烯的性能有重要影响。
3. 氧化石墨粉还原。
经过氧化反应后的石墨粉需要进行还原处理,将氧化物还原成石墨烯。
常用的还原方法包括化学气相沉积法、化学溶液法等,其中化学气相沉积法可以制备大面积、高质量的石墨烯薄膜。
4. 石墨烯薄膜制备。
经过还原处理的石墨烯可以通过机械剥离、化学剥离等方法制备成薄膜状的石墨烯材料。
石墨烯薄膜的制备过程需要严格控制温度、压力等参数,以确保薄膜的质量和结构。
5. 石墨烯材料表征。
制备好的石墨烯材料需要进行结构表征和性能测试,包括扫描电子显微镜观察、拉曼光谱分析、电学性能测试等。
通过表征和测试可以评估石墨烯材料的质量和性能,为后续的应用研究提供重要参考。
总结。
石墨烯的制备工艺流程包括原料准备、氧化石墨粉制备、氧化石墨粉还原、石墨烯薄膜制备和石墨烯材料表征等步骤。
在每一步骤中都需要严格控制参数和条件,以确保制备出的石墨烯具有良好的性能和结构。
石墨烯的制备工艺流程对于其应用具有重要影响,随着技术的不断进步和创新,石墨烯的制备工艺也在不断完善和优化,为其在电子、光电子、能源存储等领域的应用提供了更广阔的发展空间。
石墨烯、三维石墨烯的制备方法及其应用研究摘要:石墨烯是由碳原子组成的仅有的一个碳原子厚度的二维材料,其厚度为0.335 nm。
石墨烯具有独特的机械性能、电学性能及导热性能。
利用其优异的性能并和其它材料进行复合以获得更优渥的新型复合材料,使其在新材料、新能源、环保废水处理等多个领域发挥重要的应用价值。
关键词:石墨烯;三维多孔结构;氧化还原石墨烯是碳族材料的基本单元,表现出许多优异的物理化学性质,如超大的比表面积、高的电子迁移速率、良好的化学性能、良好的热导性等,因而应用非常广泛,主要集中在纳米电子器件、碳晶体管、光电感应设备、储氢材料等领域。
一、石墨烯的常用制备方法石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和氧化还原法等。
关于石墨烯的研究主要集中在制备技术和功能应用研究上,石墨烯的制备方法主要有机械球磨剥离法、碳化硅外延生长法、化学气相沉积法、固态碳源催化法、氧化石墨还原法、石墨插层法等,最新的还有碳纳米管轴向切割法、电弧法、微波法及有机合成法等[1-3]。
1.1机械剥离法最初的机械剥离法是指以热解石墨为原料,利用机械力从其表面层剥离出石墨烯的方法[4]。
王黎东等对原始机械剥离法进行工艺改进,得到了一种新的方法——机械球磨剥离法。
具体步骤:首先把碳素材料及固体颗粒和液体介质(或气体介质)混合,送入特制球磨机中剥离一定时间,然后转移至分离器中分离,最后去除固体颗粒和液体介质就得到石墨烯。
通过此法得到的石墨烯,晶格质量好,然而此法的产量和效率特别低,不能大规模生产,因此不能用于工业量产。
1.2外延生长法外延生长法是一种高质量制备石墨烯的方法。
基本原理是在单晶碳化硅衬底上外延生长,获得晶格较完整的石墨烯。
2004年,Berger课题组[5]采用高温法加热6H-SiC 衬底,从衬底中剥离Si出来而得到石墨烯。
基本步骤是:将衬底加热到高温条件让硅原子从碳化硅表层蒸发出来,而其表面剩下的碳原子会按一定的形式排列形成单层石墨烯。
石墨烯材料的性质及应用石墨烯是一种类似于石墨的二维材料,是由碳原子通过共价键连接成一个平面网络。
石墨烯的单层结构具有许多惊人的性质,如高导电性、高热导性、高强度、高柔韧性、高光学透明性等。
这些性质使得石墨烯材料在电子学、光学、能源、生物医学等领域应用极为广泛,有着巨大的潜力和市场前景。
1. 石墨烯的制备石墨烯最早是由英国的两位诺贝尔奖获得者安德里·海姆和康士坦丁·诺沃肖洛夫在2004年实验室中发现的。
目前,石墨烯的制备方法主要有以下几种:(1)机械剥离法机械剥离法是最早发现的石墨烯制备方法,其原理是通过石墨石材料的机械剥离可以获得单层石墨烯结构。
这种方法简单易行,但是有着较低的制备效率和较粗糙的表面。
(2)化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种典型的材料制备方法,通过在高温下将气相前体分子反应在金属基底上,可以实现石墨烯薄膜的制备。
该方法成品质量较高,但需要高成本设备和复杂操作。
(3)氧化还原法(GO/RGO)氧化还原法是用强酸处理粉末石墨制备氧化石墨(GO),再通过还原还原氧化石墨(RGO)的方法制备石墨烯的过程。
这种方法制备的石墨烯具有高度的可控性和高质量程度。
2. 石墨烯材料的性质石墨烯具有许多优异的性质和特点,使其成为当今材料科学中的新宠。
(1)高导电性石墨烯中的碳原子只有两个相邻的原子可以形成共价键,因此石墨烯的电子可以自由运动,电荷载流性能极佳。
它的电学性质趋近于一个理想的二维金属,因此在电子学、光学、能源、生物医学等领域被广泛应用。
(2)高热导性由于石墨烯中碳原子的高度紧密排列,热量可以快速传导。
与金属材料相比,石墨烯的热导率达到了非常高的数值,这种性质需要在热管理、电子冷却等应用中得到广泛应用。
(3)高强度和高柔性石墨烯具有极高的强度和柔性,在普通条件下可承受巨大的拉力和压力,同时保持材料的完整性,因此在制备微型机械、生物传感器等领域应用中具有很大的潜力。
1、化学还原石墨烯氧化物法(推荐)试剂:石墨粉浓硫酸高锰酸钾水合肼 5%双氧水盐酸氢氧化钠仪器:超声仪离心仪实验步骤:氧化石墨制备:将 10 g 石墨 230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中,搅拌 30 min 使其充分混合。
称取 40 g KMnO4 加入上述混合液继续搅拌 1 h 后移入 40o C温水浴中继续搅拌30 min 用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 o C以下)稀释至 800-1 000mL。
后加适量 5% H2O2趁热过滤,用 5% HCl 和蒸馏水充分洗涤至接近中性。
最后过滤、洗涤在 60o C下烘干得到氧化石墨样品。
石墨烯制备:称取上述氧化石墨 0.05 g 加入到100 mL pH=11 的NaOH 溶液中在150 W 下超声90 min 制备氧化石墨烯分散液。
在 4 000 r/ min下离心 3 min 除去极少量未剥离的氧化石墨。
向离心后的氧化石墨烯分散液中加入0.1 mL水合肼,在90o C反应 2 h 得到石墨烯分散液,密封静置数天观察其分散效果。
2、微波法(推荐)试剂:石墨 NH4S2O8 H2O2仪器:超声仪实验步骤:将石墨与NH4S2O8 及H2O2在超声下混合, 然后进行微波反应, 成功制备了石墨烯。
他们指出该过程包括两步反应。
首先,NH4S2O8 在微波下发生了分解产生了氧自由基,在氧自由基的诱导下, 石墨纳米片被切开。
然后H2O2 分解并插入石墨纳米片层间从而导致石墨烯的剥离。
3、化学气相沉积法试剂:二氧化硅/硅镍甲烷氢气氩氨气仪器:马福炉实验步骤:K im等首先在S iO2 /Si基底上沉积一层100- 500nm厚的金属镍薄层, 然后在1 000o C 及高真空下, 以甲烷、氢气及氩气混合气为反应气,在较短的时间内制备了石墨烯。
W ei等采用甲烷和氨气为反应气, 一步法直接合成了氮掺杂的石墨烯。
在该氮掺杂的石墨烯中氮原子采取“石墨化”、“吡咯化”及“吡啶化”这三种掺杂方式。
石墨烯技术的使用教程石墨烯是一种单层碳原子组成的二维材料,具有出色的导电性、热导性和力学性能。
因为其独特的性质,石墨烯在各个领域都有广泛的应用潜力,包括电子学、能源、传感器等。
本文将为您介绍石墨烯技术的基本概念和常见的使用方法。
1. 石墨烯的制备方法石墨烯可以通过多种方法制备,其中最常见的方法包括机械剥离法和化学气相沉积法。
机械剥离法是通过使用胶带或刮刀将石墨材料逐渐剥离成单层石墨烯。
化学气相沉积法则是通过在金属基底上沉积碳原子来制备石墨烯。
2. 石墨烯的电子学应用石墨烯具有极高的电子迁移率,可以作为理想的导电介质。
在电子学领域,石墨烯常用于制备高速、低功耗的电子器件。
例如,利用石墨烯制备的晶体管在高频段具有出色的性能。
此外,石墨烯还可以用于制备柔性电子器件,如可卷曲的显示屏和超薄电池。
3. 石墨烯的能源应用石墨烯在能源领域有许多潜在的应用,特别是在太阳能电池和储能领域。
石墨烯可以作为导电层或载流子传输层用于太阳能电池,提高电池的效率。
此外,石墨烯还可以作为电容器电极材料,具有高能量密度和长循环寿命的优点。
石墨烯在能源存储和转换方面的研究仍在不断发展中,未来有望实现更多的应用。
4. 石墨烯的传感器应用由于石墨烯的高度敏感性和高导电性,它可以作为传感器的理想材料。
例如,石墨烯传感器可用于检测环境中的气体、湿度和温度等。
由于石墨烯的单层结构,可以实现高灵敏度和快速响应的传感器。
此外,石墨烯还可以与其他材料结合使用,提高传感器的性能。
5. 石墨烯的生物医学应用石墨烯也在生物医学领域显示出巨大的潜力。
它可以用于生物传感器、药物递送和组织工程等应用。
例如,石墨烯生物传感器可以检测生物标志物,提供快速和精确的诊断结果。
此外,石墨烯纳米颗粒可以作为药物递送系统,将药物有效地输送到特定的位置,并有助于控制释放速率。
总结起来,石墨烯技术具有广泛的应用前景。
无论是在电子学、能源、传感器还是生物医学领域,石墨烯都显示出了独特的优势。
石墨烯的化学方程式石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料,具有出色的导电性、热导性和力学性能。
它的化学方程式可以表示为Cn,其中n为碳原子的数量。
石墨烯的制备方法有多种,其中最常用的是机械剥离法。
这种方法是通过用胶带或其他黏性材料粘取石墨晶体,并反复剥离,直到薄到只有一个原子层的石墨烯片。
这种方法简单易行,但产量较低。
另一种制备石墨烯的方法是氧化石墨烯还原法。
首先,将石墨粉末与强酸进行氧化处理,生成氧化石墨烯。
然后,通过加热或还原剂的作用,将氧化石墨烯还原为石墨烯。
这种方法可以得到较高质量和较大面积的石墨烯薄膜。
除了这两种方法,还有化学气相沉积法、化学溶剂剥离法等其他制备石墨烯的方法。
这些方法各有优缺点,可以根据需要选择适合的方法进行制备。
石墨烯的化学方程式Cn可以进一步被用于制备新的化合物。
例如,通过在石墨烯表面引入不同的官能团,可以制备出具有特定功能的材料。
这些官能团可以通过化学反应与石墨烯表面的碳原子进行共价键结合。
例如,通过在石墨烯表面引入氨基官能团,可以制备出氨基化石墨烯。
这种氨基化石墨烯具有良好的分散性和化学活性,可以被用于制备高性能的催化剂、传感器等材料。
石墨烯还可以与其他材料进行复合,形成新的复合材料。
例如,将石墨烯与聚合物进行复合,可以得到具有优异力学性能和导电性能的聚合物复合材料。
这种复合材料可以应用于电子器件、柔性显示器等领域。
总结起来,石墨烯的化学方程式为Cn,其中n为碳原子的数量。
石墨烯可以通过机械剥离法、氧化石墨烯还原法等多种方法进行制备。
它可以与其他官能团反应形成新的化合物,也可以与其他材料进行复合形成新的复合材料。
石墨烯具有出色的导电性、热导性和力学性能,因此在电子器件、催化剂、传感器等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯制作方法
石墨烯制备方法可分为化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition,简称 CVD)法和物理气相沉积(Physical Vapour Deposition,PVD)法两大类。
1、化学气相沉积(CVD)法
CVD法是用一定量的有机原料,在适当温度和压力条件下,反应生成气相化合物,再将其均匀地均密地沉积到在石墨片基材表面形成膜的一种技术,是全球最受欢迎的石墨烯制备方法。
CVD法的主要优点在于其原材料具有较低成本,并可以提供高质量石墨烯,范围广泛,形状和尺寸可调,耗时和成本低,以石墨烯为基础制备电化学传感器、催化剂和能源存储相关材料性能可有效提高等特点和优势。
不过CVD法制备的石墨烯的片尺寸一般较小,最适用于小尺度的应用。
PVD法主要是以室温下通过层层积累石墨原料(如石墨粉或石墨板),而利用离子束或共振电感等物理方法将其转换成薄膜的一种制备技术。
由于PVD法沉积过程不需要使用有机重要成分,因此其物性稳定性也很高。
PVD法是一种更早期被研究,并且广泛用于工业应用的技术,它可生成较大的石墨烯片,可以应用于制备太阳能电池、遗传材料和传感器等设备,且制备所需时间较短,特别适用于大尺度的应用,但该方法需要在容易氧化的条件下进行,会给很多工业应用带来麻烦,所以目前更多地被用于研究领域。
石墨烯材料的制备与性能调控石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体,具有极高的导电性、热导性、机械强度及化学稳定性,是一种极具发展前景的新型材料。
如何制备高质量的石墨烯,并对其性能进行调控,是目前石墨烯研究的热点之一。
一、石墨烯的制备方法目前制备石墨烯的方法有多种,如机械剥离法、化学气相沉积法、热化学气相沉积法、还原氧化石墨烯法、化学还原法等。
其中,机械剥离法是比较早期的石墨烯制备方法之一,通过用胶带等工具将石墨粉末上剥离单层石墨烯。
这种制备方法虽然简单,但是有很大的局限性,无法制备大面积的高质量石墨烯。
近年来,热化学气相沉积法、化学还原法等制备方法越来越受到重视。
热化学气相沉积法是利用热化学反应,沉积在基底上的前驱体热解生成石墨烯。
这种方法能够制备大尺寸、高质量、均一性好的石墨烯,但是需要高温高压下进行反应,成本较高。
化学还原法是将氧化石墨烯还原成石墨烯,是一种简单易行、成本相对较低的方法。
然而,化学还原过程中会产生大量的缺陷和杂质,对石墨烯的性能影响较大。
二、石墨烯的性能调控石墨烯具有优异的性能,但是也存在一些不足之处。
通过改变石墨烯的结构、形态等,可以进一步调控其性能,拓展其应用领域。
1. 修饰石墨烯表面将石墨烯表面进行功能化改性,可以使其具有不同的化学性质和表面电荷,进一步开发其在能源、光催化、传感等方面的应用。
2. 制备石墨烯复合材料将石墨烯与其他材料复合,可以充分发挥其性能优势,制备出具有特定功能的材料。
如石墨烯纳米片与聚合物复合,可以增强聚合物的力学强度和导电性能,制备出高性能聚合物复合材料。
3. 结构调控通过改变石墨烯的层数、形态等,可以更好地控制其性能。
多层石墨烯具有比单层石墨烯更好的机械强度和导电性能,可以作为柔性电子器件、储能材料等方面的应用。
而通过采用不同的方法制备出不同形态的石墨烯,如泡沫状、多孔状、纳米带状、纳米管状等,可以扩展其在光电材料、生物医药、分离纯化等领域的应用。
石墨烯电热膜生产工艺流程1. 石墨烯制备石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体结构材料。
制备石墨烯的常用方法有机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
以下是一种常用的化学还原法制备石墨烯的工艺流程:1.1 原料准备准备氧化石墨(GO)作为原料,可通过氧化石墨粉末与硫酸、硝酸等强酸反应得到。
1.2 氧化石墨还原将得到的氧化石墨与还原剂(如氢气、乙醇等)在高温高压条件下进行反应,使其发生还原反应,生成石墨烯。
1.3 石墨烯分散液制备将得到的石墨烯通过超声处理或机械剪切等方法分散于溶剂中,得到稳定的石墨烯分散液。
2. 基底处理基底是用来支撑和固定电子元件的材料,常用的基底材料有聚酰亚胺(PI)、聚酯薄膜等。
基底处理工艺流程如下:2.1 基底清洗将基底放入清洗槽中,使用有机溶剂(如丙酮、异丙醇)进行超声清洗,去除表面的污染物和油脂。
2.2 基底表面处理将清洗后的基底放入等离子体处理设备中,通过等离子体处理使基底表面具有一定的粗糙度和亲水性。
2.3 基底涂覆将经过等离子体处理的基底放入涂覆设备中,通过滚涂或喷涂等方法,在基底表面均匀涂覆一层石墨烯分散液。
2.4 烘干将涂覆好的基底放入烘箱中,在适当的温度下进行烘干,使石墨烯在基底上形成均匀而稳定的薄膜。
3. 薄膜固化为了增强石墨烯与基底之间的结合力和薄膜的稳定性,需要进行薄膜固化处理。
常用的固化方法有热压法和热处理法。
3.1 热压法将经过烘干的基底放入热压机中,施加一定的温度和压力,使石墨烯与基底之间发生化学键结合,固化成为稳定的薄膜。
3.2 热处理法将经过烘干的基底放入高温炉中,在一定的温度下进行长时间的热处理,使石墨烯与基底之间形成强化学键结合。
4. 薄膜性能调优经过薄膜固化后,可以对石墨烯电热膜的性能进行调优,包括电阻率、导电性和透明度等。
4.1 电阻率调节通过改变基底上涂覆的石墨烯分散液浓度和涂覆层数等参数,可以调节电阻率。
较低浓度和较少层数可降低电阻率。
石墨烯的制备方法
制备石墨烯的文章
石墨烯是由石墨原料通过物理、化学或者是物理化学反应来制备的一种新型碳材料,具有超强的物理性质,在许多领域,如轻质钢、航空航天以及生物分离技术的应用都有着非常广泛的应用。
目前,石墨烯的制备方法主要包括电化学法、化学气相沉积法、臭氧法以及光
化学气相沉积法等。
下面我们就来详细介绍三种比较常用的石墨烯制备方法。
首先,是最古老也是最常用的石墨烯制备方法——电化学法,即利用石墨的电
解熔解的原理分解石墨,从而制备出石墨烯。
电化学制备石墨烯的过程中,石墨的结构会因为受到电解而发生变化,从而产生石墨烯的片层结构,最终得到的石墨烯可以用于构建各种类型的电子元器件。
其次,是化学气相沉积法,该方法主要利用由高温热源,如二氧化碳激光器产
生的高温,来溶解碳原料,并在热流体体内脱水后,产生石墨烯微粒。
化学气相沉积法可以提高制备石墨烯的生产效率,且能比较容易的控制石墨烯的厚度,同时更加深入的揭示出石墨烯以及其他类似材料的物理特性。
最后,是光化学气相沉积法。
这种方法利用彩光化学反应来控制气体分子反应,从而产生被称为“气体固溶体”的形态,最后再利用表征自组装过程以及壁缝结构对产生的物质进行研究,有助于深入地了解石墨烯的结构特性。
以上就是石墨烯的制备方法,可以看出,不同的制备方法其所产生的石墨烯的
特性不一样,需要根据实际的应用来选择合适的制备方法。
石墨烯的生产工艺
石墨烯是由石墨层剥离出来的一种单原子厚度的二维材料,具有优异的电子传输性能和机械性能,因此被广泛应用于电子器件、能源储存、催化剂等领域。
石墨烯的生产工艺主要包括机械剥离、化学剥离和氧化石墨烯还原三种方法。
机械剥离是最早被发现的石墨烯制备方法,其原理是通过力学方式将石墨层剥离出来。
一种常用的方法是使用胶带,将胶带黏附在石墨表面,然后剥离胶带,可以将一层石墨烯剥离下来。
这种方法简单易行,但是产量低,且石墨层厚度不易控制。
化学剥离是一种将石墨层从基底上剥离的方法,常用的化学剥离剂包括强酸、溶剂和氧化剂。
其中,酸剥离方法广泛应用于石墨烯的制备工艺中。
在酸剥离过程中,石墨表面的原子键被破坏,从而使得石墨烯层剥离下来。
然而,酸剥离方法存在环境污染和产物处理难的问题,因此对环境影响较大。
氧化石墨烯还原是一种将氧化石墨烯还原为石墨烯的方法,其原理是通过加热或还原剂的作用使氧化石墨烯脱氧,得到石墨烯。
常用的还原剂包括氢气、水蒸汽和还原气体等。
这种方法可以在大规模生产中得到应用,但是还原处理过程中需要控制温度和反应时间,以保证产物质量。
总体来说,石墨烯的生产工艺具有不同的优缺点。
机械剥离方法简单易行,但是产量低;化学剥离方法剥离效果好,但环境污染较大;氧化石墨烯还原方法可大规模生产,但还原处理中
需要控制反应条件。
随着石墨烯科学的不断发展,未来可能会出现更加高效和环保的石墨烯制备方法。
石墨烯的制备及其应用石墨烯是一种单层的碳原子晶体,具有颠覆性的科技应用前景。
由于石墨烯具有极高的导电、导热性能及优异的力学性能,因此被广泛研究。
本文将介绍石墨烯的制备方法以及其在电子、机械、化学等领域的应用。
一、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法:利用氧气等物理和化学剥离方式在石墨烯的表面使其自然剥离。
这种剥离方法简便易行,但是制备的石墨烯质量较低。
2. 化学气相沉积法:将甲烷等含碳气体通入高温下的石墨基底上,使其碳原子从气体中沉积在基底上,最终得到石墨烯。
该方法的制备质量较高,但实验条件复杂。
3. 化学还原法:利用还原剂还原氧化的氧化石墨烯,实现对石墨烯的制备。
该方法简单易行,但还原过程中易出现杂质的情况。
以上三种制备石墨烯的方法各具特点,研究者可以根据具体应用场景和制备要求选择相应的方法。
二、石墨烯的应用1. 电子领域:由于石墨烯对电子的传输特性很好,因此石墨烯可以作为电子器件的材料使用。
例如,石墨烯场效应晶体管可以用来构建微型高性能晶体管集成电路等微型电子器件。
2. 机械领域:石墨烯具有优异的力学性能,强度高,抗拉强度高达130GPa,可以作为高性能复合材料的增强材料。
例如,石墨烯可以与聚合物制作成复合材料,用于轮胎、飞机、汽车的外壳等领域。
3. 化学领域:石墨烯具有高表面积和良好的分子吸附性能,因此被广泛用于分离和催化反应等领域。
例如,石墨烯可以用作催化剂,在化学反应过程中发挥催化作用,促进反应的进行。
总之,石墨烯的制备和应用一直是研究人员关注的热点问题。
随着技术的不断发展和创新,石墨烯的制备方法越来越简单,制备质量也越来越好,其应用领域也在不断拓展。
相信在未来,石墨烯会在各个领域发挥越来越大的作用,为人类的生活带来更多的福利。
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。
化学气相沉淀CVD法具体过程是:将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni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,此过程中包含碳原子在基底上溶解及扩散生长两部分。
该方法与金属催化外延生长法类似,其优点是可以在更低的温度下进行,从而可以降低制备过程中能量的消耗量,并且石墨烯与基底可以通过化学腐蚀金属方法容易地分离,有利于后续对石墨烯进行加工处理。
三星用这种方法获得了对角长度为30英寸的单层石墨烯,显示出这种方法作为产业化生产方法的巨大潜力。
但该过程所制备出的石墨烯的厚度难以控制,在沉淀过程中只有小部分可用的碳转变成石墨烯,且石墨烯的转移过程复杂。
氧化石墨还原法
氧化石墨还原法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一。
该方法操作简单、制备成本低,可以大规模地制备出石墨烯,已成为石墨烯制备的有效途径。
另外该方法还有一个优点,就是可以先生产出同样具有广泛应用前景的功能化石墨烯--氧化石墨烯。
其具体操作过程是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。
其他制备石墨烯的方法还有碳纳米管切割法、石墨插层法、离子注入法、高温高压HPHT 生长法、爆炸法以及有机合成法等。
制备大面积、高质量的石墨烯仍然是一个较大的挑战。
虽然化学气相沉淀法和氧化还原法可以大量的制备出石墨烯,但是化学气相沉淀法在制备后期,对于石墨烯的转移过程比较复杂,而且制备成本较高,另外基底内部C生长与连接往往存在缺陷。
利用氧化还原法在制备时,由于单层石墨烯非常薄,容易团聚,导致降低石墨烯的导电性能及比表面积,进一步影响其在光电设备中的应用,另外,氧化还原过程中容易引起石墨烯的晶体结构缺陷,如碳环上碳原子的丢失等。
制法制约石墨烯产业化。
石墨烯的各种顶尖性能只有在石墨烯质量很高时才能体现,随着层数的增加和内部缺陷的累积,石墨烯诸多优越性能都将降低。
要真正的实现石墨烯应用的产业化,体现出石墨烯替代其他材料的优越品质,必须在制备方法上寻求突破。
只有适合工业化的石墨烯制法出现了,石墨烯产业化才能真正到来。