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石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)的一種新型炭質(zhì)材料，是自然界已知材料中最薄的一種材料。這種二維材料保持了近乎完美的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的晶體學(xué)性質(zhì)，蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，具有重要的理論研究和應(yīng)用價(jià)值，然而物理性能和潛在應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)離不開高質(zhì)量，低成本，大規(guī)模石墨烯的制備。目前石墨烯的制備仍然是這一領(lǐng)域的技術(shù)難題，如何采用簡(jiǎn)單的方法制備出滿足要求的石墨烯對(duì)于將來(lái)的基礎(chǔ)理論研究和廣泛應(yīng)用有重要影響。

目前制備石墨烯的主要方法有：化學(xué)氣相沉積法，微機(jī)械剝離法以及溶劑剝離法，離子插層法，溶劑熱法和氧化還原法等。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是以能量激化氣體反應(yīng)先驅(qū)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在基底表面形成石墨烯薄膜的一種薄膜成長(zhǎng)方法，麻省理工學(xué)院的Kong等，韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面，形成石墨烯，通過(guò)輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。這種薄膜在透光率為80%時(shí)電導(dǎo)率即可達(dá)到1.1*106S/m，成為透明導(dǎo)電膜的潛在替代品。用CVD法可以制備出高質(zhì)量大面積的石墨烯，但是理想的基片材料單晶鎳的價(jià)格太昂貴，這可能是影響石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)的重要因素。CVD法可以滿足規(guī)模化制備高質(zhì)量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復(fù)雜。

微機(jī)械剝離法

微機(jī)械剝離法是最初用于獲得石墨烯片的一種簡(jiǎn)單的物理方法，改法是通過(guò)透明光刻膠反復(fù)的從較大的高定向熱解石墨（HOPG）上分離石墨烯片，接著將留在光刻膠上的石墨烯溶解在丙酮中。然后利用鬼片與石墨烯片之間的范德華力和毛細(xì)管作用力將石墨烯吸附在硅片上分離出來(lái)。Geim等通過(guò)微機(jī)械剝離法制備出只有幾個(gè)原子厚度大小為10um的石墨烯片，當(dāng)厚度>3nm時(shí)，制得的石墨烯片達(dá)到100um,可以達(dá)到用肉眼觀察的范圍。通過(guò)微機(jī)械剝離法可以制得晶格完好的高質(zhì)量的石墨烯片，但改法存在著產(chǎn)量低，不易精確控制，重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

氧化還原法

氧化還原法制備成本低廉且容易實(shí)現(xiàn)，成為制備石墨烯的最佳方法，而且制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問(wèn)題。氧化還原法是指把天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨（也叫氧化石墨烯GO）,經(jīng)過(guò)超聲分散制備成氧化石墨烯（單層氧化石墨），加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán)，如羧基，環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。

氧化還原法被提出后，以其簡(jiǎn)單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯最簡(jiǎn)便的方法，得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等發(fā)現(xiàn)通過(guò)加入化學(xué)物質(zhì)如二甲肼，對(duì)苯二酚，硼氫化鈉（NaBH4）和液肼等出去氧化石墨烯的含氧基團(tuán)，就能得到石墨烯。氧化還原大可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問(wèn)題。

氧化還原法的缺點(diǎn)是宏量制備容易帶來(lái)廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元環(huán)，七元環(huán)等拓補(bǔ)缺陷或存在-OH基團(tuán)的結(jié)構(gòu)缺陷，這些會(huì)導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的應(yīng)用受到限制。

溶劑剝離法

溶劑剝離法的原理是把少量的石墨烯分散于溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，此時(shí)溶劑可以插入石墨層件，進(jìn)行層層剝離，制備出石墨烯。此方法不會(huì)像氧化還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高質(zhì)量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯歐的產(chǎn)率最高（大約為8%），電導(dǎo)率為6500s/m。研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨，熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，整個(gè)液相剝離的過(guò)程沒(méi)有在石墨烯的表面引入任何缺陷，為其在微電子學(xué)，多功能復(fù)合材料等淋雨的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景，缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低。

溶劑熱法

溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中，采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，通過(guò)把反應(yīng)體系加熱至臨界溫度（或接近臨界溫度），在反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生高壓而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。

溶劑熱法解決了規(guī)?；苽涫┑膯?wèn)題，同事也帶來(lái)了電導(dǎo)率很低的負(fù)面影響，為解決由此帶來(lái)的不足，研究者把溶劑熱法金額氧化還原法相結(jié)合只背了高質(zhì)量的石墨烯。溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質(zhì)量石墨烯的特點(diǎn)越來(lái)越受到科學(xué)家們的關(guān)注。溶劑熱法和其他制備方法的結(jié)合會(huì)成為石墨烯制備的又一兩點(diǎn)。

石墨烯的制備方法還有高溫還原，光照還原，外延晶體生長(zhǎng)法，微波法，電化學(xué)法等。如何綜合運(yùn)用各種石墨烯制備方法的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，解決石墨烯的難溶解性和不穩(wěn)定性的問(wèn)題，完善結(jié)構(gòu)和電性能等是今后研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，也為今后石墨烯的制備與合成開辟新的道路。

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