石墨烯的制备课件.pptx

石墨烯的制备、结构、性能及应用前景; 主要内容;1. 石墨烯的结构和性质;;;石墨烯的结构;（b）众多的“独特性质”;2 石墨烯的制备方法;微机械剥离法是最简单的一种方法，英国曼彻斯特大学于2004年用此方法成功地从高定向热解石墨上剥离出单层石墨烯。过程是：用氧等离子束在高取向热解石墨表面刻蚀出深5μm的沟槽，从而形成多个宽为20μm- 2mm的平台。将刻蚀过的热解石墨压制在光刻胶上，用透明胶反复地去剥离石墨平台，直至光刻胶上只剩下很薄的石墨片为止，并将其分散于丙酮溶液当中。用原子力显微镜观察，可以找到几个原子厚度的石墨片层甚至单层的石墨烯。 ;;外延生长法是利用生长基质的结构“种”出石墨烯。该方法一般是通过加热6H-SiC单晶表面，脱附Si原子制备出石墨烯。先将6H-SiC单晶表面进行氧化或H2刻蚀预处理，在超高真空下(1.33×10-8Pa)加热至1000℃去除表面氧化物，通过俄歇电子能谱(Auger electron spectroscopy)确认氧化物已完全去除后，样品再加热至1250-1450℃并恒温10-20 min，所制得的石墨烯片层厚度主要由这一步骤的温度所决定。;碳纳米管可以看作卷成柱状的石墨烯，因此将碳纳米管纵向剪开可以得到石墨烯带。最近，很多研究小组已经用这种方法成功实现了石墨烯带的制备。Tour在低温加热条件下利用浓硫酸和高锰酸钾与多壁碳纳米管反应，沿着纵向打开碳管的C一C键，形成石墨烯带。;氧化石墨还原法是以鳞片石墨为原料, 经过一系列的氧获得氧化石墨,氧化石墨再经还原而获得石墨烯的方法。;;Li等人在用水合肼还原氧化石墨烯的过程中，通过加入氨水来调节溶液的pH值到10左右。由于碱性环境提高了石墨烯表面的电荷密度，还原后的石墨烯通过静电排斥力仍能够在水中处于分散状态。但是这种方法制备的石墨烯分散液稳定性较差，加入NaCI或者长时间的放置都会产生沉淀。 2.在还原过程中防止石墨烯团聚最常用的方法还是对石墨烯表面进行物理或者化学修饰。Samulski等人通过对经过硼氢化钠预还原的氧化石墨烯磺化，在石墨烯上引入磺酸基团，再用水合脐进一步还原。还原后的石墨烯通过磺酸基团相互之间的静电排斥力，可以在水中稳定分散。 3. 利用两性分子物理修饰石墨烯表面，也可以有效防止还原后石墨烯的团聚。这类特殊的分子通常可以通过π-π作用吸附在石墨烯表面，其亲水端可以通过静电排斥力或者空间位阻来达到石墨烯的稳定分散。典型的两性分子有芳香族焦磷酸 ，DNA，聚电解质，纤维素衍生物，叶琳，离子型液体，非离子聚合物表面活性剂，环糊精等 4.Zhang等报道了使用抗坏血酸取代肼作为还原剂。 5. Dong等使用了还原性的糖，比如葡萄糖、果糖、蔗糖等，作为还原剂同时也作为保护剂来还原氧化石墨烯 ;化学气相沉积法提供了一种可控制备石墨烯的有效方法,是将平面基底（如金属薄膜、金属单晶等)置于高温可分解的前驱体（如甲烷、乙烯等)气氛中,通过高温退火使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯,最后用化学腐蚀法去除金属基底后即可得到独立的石墨烯片。通过选择基底的类型、生长的温度、前驱体的流量等参数可调控石墨烯的生长（如生长速率、厚度、面积等),此方法最大的优点在于可制备出面积较大的石墨烯片，缺点是必须在高温下完成,且在制作的过程中,石墨烯膜有可能形成缺陷。;实现溶剂直接剥离的关键就在于找到一种溶剂使溶剂与石墨层之间的作用力与石墨层与层之间的作用力相当，如此便从另一角度减弱了石墨层与层间的相互作用，使其在外部加入一定的机械力的情况可是实现较好的剥离。 ;该方法却同样面临着与机械法剥离同样的问题，即存在大量未剥离的石墨，将石墨稀从大量的多层石墨中分出来，必须要经过苛刻的梯度离心。;由于高温条件，层间化合物会发生分解，产沿石墨层间C轴方的推力，这种推力远大于石墨层间的范德华力，所以在这种推力的作用下，石墨层间距离扩大，从而使石墨粒子沿C轴方向高的膨胀，终形成蠕虫状石墨，即为膨胀石墨。;由于碳化硅（SiC)材料拥有同石墨相似的层状结构，在高温中SiC发生分解，伴随着Si原子的蒸发，碳原子重新键结最终形成石墨烯。;美国莱斯大学Z. Z. Sun等人以PMMA为固体碳源，以铜衬底为催化材料，在800°C氢气氩气的混合气氛中碳化PMMA，最终获得石墨烯。