石墨烯论文石墨烯的制备石墨烯的应用石墨稀

石墨烯论文石墨烯的制备石墨烯的应用石墨稀——

石墨烯的制备方法及其应用特性

张伟娜 何 伟 张新荔

(西安交通大学能源与动力工程学院化学工程系 ,西安 710049)

摘 要 近 3 年来 ,石墨烯以其独特的结构和优异的性能 ,在化学、物理和材料学界引起了轰动。引用大量最新的参考文献 ,介绍了石墨烯的研究现状 ,通过评述石墨烯的合成、功能化以及近期应用概况,展望了石墨烯的发展前景和研究方向 ,认为借鉴各种方法的优势 ,综合运用 ,可以制备单层、结构完整和高电导率的石墨烯 ,并进一步将其功能化 ,拓展其应用领域并已取得较大的进展 ,这一途径被认为是石墨烯规模化应用的战略起点。

关键词 石墨烯 ,功能化石墨烯 ,合成 ,性能 ,应用

石墨烯(Graphene)自 2004 年被英国曼彻斯特大学的教授 Geim 等

报道后 ,以其奇特的性能引起了科学家的广泛关注和极大的兴趣 ,被预测很有可能在很多领域引起革命性变化。单层石墨烯以二维晶体结构存在 ,厚度只有 01334nm ,它是构筑其它维度炭质材料的基本单元 ,它可以包裹起来形成零维的富勒烯 ,卷起来形成一维的碳纳米管 ,层层堆积形成三维的石墨。石墨烯是一种没有能隙的半导体 ,具有比硅高 100 倍的载流子迁移率(2 ×10 cm / v) ,在室温下具有微米级自由程和大的相干长度 ,因此石墨烯是纳米电路的理想材料。石墨烯具有良好的导热性[3000W/ (m ·K) ]、高强度(110GPa)和超大的比表面积(2630m / g) 。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。

经研究发现 ,合成石墨烯的方法已有很多 ,例如微机械剥离、化学气相

沉积、氧化还原 ,以及最新溶剂剥离和溶剂热法 ,其中氧化还原法以其简单和多元化的工艺 ,成为制备石墨烯及功能化石墨烯的最佳方法。近年来的研究表明 ,石墨烯的功能化解决了石墨烯自身难加工的特性 ,开拓了石墨烯的应用领域 ,使其具有许多优异的力学、热学、电学和化学性能 ,引起了整个科学界的关注 ,取得了重大成果。本文着重介绍了几种制备石墨烯方法的优缺点并总结了这些方法的实质 ,为规模化制备高质量石墨烯提出了新思路 ,并引用了大量最新的参考文献介绍石墨烯的功能化和近期应用概况。

1 石墨烯的制备

1．1 微机械剥离法

2004 年 ,Geim 等 首次用微机械剥离法 ,成功地从高定向热裂解石

墨 (highly oriented pyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim 研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。2007 年 Meyer 等 发现单层石墨烯表面有一定高度的褶皱 ,单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯 ,且随着石墨烯