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石墨烯的四大主流制备方法

作者: admin 时间:2019-06-06 来源:未知
摘要:石墨烯制备技术发展迅速。石墨烯的优异性能和广阔的应用前景极大地促进了石墨烯制备技术的快速发展。自Geim等人。在2004年首次通过微机械剥离制备石墨烯,研究人员开发了许多制

石墨烯制备技术发展迅速。石墨烯的优异性能和广阔的应用前景极大地促进了石墨烯制备技术的快速发展。自Geim等人。在2004年首次通过微机械剥离制备石墨烯,研究人员开发了许多制备石墨烯的方法。其中较为主流的方法有外延生长法,化学气相沉积CVD法和氧化石墨还原法。

现有方法不能满足石墨烯工业化的要求。包括微机械剥离,外延生长,化学气相沉积CVD和氧化石墨还原在内的许多制备方法仍不能满足工业化的要求。特别地,工业化需要石墨烯制备技术以稳定且低成本地生产具有大面积和高纯度的石墨烯。该技术问题尚未解决。

微机械剥离法

石墨烯首先通过微机械剥离生产。微机械剥离方法是用透明胶带将高取向热解石墨片压在其它表面上进行多次剥离,最后得到单层或多层石墨烯。 2004年,Geim,Novoselov等人通过该方法获得了世界上第一个单层石墨烯,证明了二维晶体结构可以在常温下存在。

微机械剥离方法操作简单,样品质量高,是目前制备单层高质量石墨烯的主要方法。然而,其可控性差,并且所生产的石墨烯尺寸小并且具有很大的不确定性,同时效率低且成本高,并且不适合大规模生产。

外延生长法

外延生长方法包括碳化硅外延生长方法和金属催化外延生长方法。碳化硅外延生长方法是指在高温下加热SiC单晶,使得SiC表面上的Si原子蒸发以从表面逸出,并且剩余的C原子通过独立形式重构以获得基于石墨烯的石墨烯。在SiC衬底上。

金属催化外延生长方法是在超高真空条件下将烃通过催化活性的过渡金属基底如Pt,Ir,Ru,Cu等,并通过加热催化脱氢吸附的气体以获得石墨烯。 。在吸附过程中,气体可以在整个金属基板上生长,并且生长过程是自限制过程,即,在吸附气体之后基板不会反复吸收。因此,制备的石墨烯大多是单层,可以广泛使用。制备均匀的石墨烯。

化学气相沉淀CVD法:最具潜力的大规模生产方法

CVD方法被认为是最有前途的高质量大面积石墨烯制备方法,是石墨烯薄膜工业化生产最有前景的方法。化学气相沉积CVD方法的具体过程是:将烃甲烷,乙醇等引入高温加热金属基板Cu,Ni的表面,并在一定时间后冷却,并在其上形成若干层。冷却过程中基板的表面或单层石墨烯,其中碳原子溶解并扩散到基板上。该方法类似于金属催化外延生长方法,并且具有可以在较低温度下进行的优点,从而降低制备过程中的能量消耗,并且石墨烯和基板可以容易地被化学品分离。腐蚀金属方法,有利于石墨烯的加工。

三星采用这种方法获得对角线长度为30英寸的单层石墨烯,显示出该方法作为工业生产方法的巨大潜力。然而,通过该方法制备的石墨烯的厚度难以控制。在沉淀过程中仅有少量可用的碳转化为石墨烯,并且石墨烯的转移过程是复杂的。