氧化石墨烯的制备方法总结
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氧化石墨烯的制备方法
总结
Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
氧化石墨烯的制备方法:方法一:
由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨,大致分为3 个阶段,低温反应:在冰水浴中放入大烧杯,加入 110mL 浓 H2SO4,在磁力搅拌器上搅拌,放入温度计让其温度降至 4℃左右。加入 -100目鳞片状石墨 5g,再加入 NaNO3,然后缓慢加入 15g KMnO4,加完后记时,在磁力搅拌器上搅拌反应90min,溶液呈紫绿色。中温反应:将冰水浴换成温水浴,在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃,让其反应30 min,溶液呈紫绿色。高温反应:中温反应结束之后,缓慢加入220mL 去离子水,加热保持温度70~100℃左右,缓慢加入一定双氧水(5 %)进行高温反应,此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤,直至 BaCl2检测无白色沉淀生成,说明没有 SO42-的存在,样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4,一开始温度会急剧上升,很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。
方法二:Hummers 方法
采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。
方法三:修正的Hummers方法
采用修正的Hummers方法合成氧化石墨,如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶,加入适量的浓硫酸,磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物,再缓慢加入6 g高锰酸钾,控制反应温度不超过10 ℃,在冰浴条件下搅拌2 h 后取出,在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4(质量分数)溶液进行稀释,搅拌2 h后,加入6 mL H2O2,溶液变成亮黄色,搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次,使其pH~7,得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中,60 W功率超声约3 h,沉淀过夜,取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥,即得片层较薄的氧化石墨烯,如图1中(2)过程。
方法四:超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯
该方法主要包含了低温、中温、高温3个反应阶段。研究表明[8]:低温反应主要发生硫酸分子在石墨层间插层;中温反应主要发生石墨的深度氧化;高温反应过程则主要发生层间化合物的水解反应。低温反应插层充分,中温反应深度氧化完全,高温反应水解彻底,是获得层间距较大氧化石墨的有效途径之一,这种层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料,而且易于被剥离成单层氧化石墨,为进一步制备单层石墨烯打下基础。
低温反应:量取23mL浓硫酸倒入烧杯,烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下,称取1g 石墨粉和硝酸钠放入烧杯,1h以后缓慢加入3g高锰酸钾,控制温度不超过10℃,反应时间共约2h;中温反应:把烧杯移至恒温水浴锅,水浴温度控制在38℃反应,保持搅拌;高温反应:在所得混合液中缓慢加入80mL的去离子水,保持混合液温度~95℃反应30min,期间保持适度搅拌;高温反应后加入约60mL去离子水中止反应,加入
15mL(30Vol%)的双氧水,待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物,将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中,超声震荡剥离40min,超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min,上层液即是氧化石墨烯悬浊液。
将30mL浓H2SO4,10gK2S2O8,10gP2O5置于三口烧瓶中,加热至80℃
低温反应:量取23mL浓硫酸倒入烧杯,烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下,称取1g 石墨粉和硝酸钠放入烧杯,开启超声,1h以后缓慢加入3g高锰酸钾,关闭超声并开始搅拌,控制温度不超过10℃,反应时间共2h;中温反应:把烧杯移至水浴锅,开启超声,水浴温度控制在38℃反应;高温反应:把所得混合液缓慢加入约100mL的低温去离子水中,接着将以上混合液置于~95℃水浴中反应30min,期间保持适度机械搅拌;高温反应后加入60mL去离子水中止反应,随后加入25mL(30Vol%)的双氧水,待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液溶解。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物,将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中,超声振荡剥离40min,超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min,上层液即是氧化石墨烯分散液。
方法五:温老师的方法
The 500-mesh flake graphite (1 g) and NaNO3 g) were dissolved in 75 mL 98 wt % H2SO4 under magnetic stirring in ice-water bath and KMnO4 g) were added gently. After completion of the addition, the reaction mixture was stirred continuously for 2 h. Then, the reaction was allowed to react for 5 days at room temperature. Afterward, KMnO4 g) was added gradually to the reaction mixture within 2 h under an ice water bath and then keep the reaction for another 5 days. After raising the temperature to 90 C, 140mL 5 wt % H2SO4 was added gradually to the reaction mix-ture under magnetic stirring for 2 h. The temperature was then decreased to 60 C, and 3 mL 30 wt % H2O2 was added to the reaction product. The as-prepared GO was purified by repeated centrifugation and washing process according to the literature.
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石墨烯的制备与表征综述
氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括:分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。
氧化石墨烯的制备方法总结
氧化石墨烯的制备方法: 方法一: 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨,大致分为3 个阶段,低温反应:在冰水浴中放入大烧杯,加入110mL 浓H2SO4,在磁力搅拌器上搅拌,放入温度计让其温度降至4℃左右。加入-100目鳞片状石墨5g,再加入NaNO3,然后缓慢加入15g KMnO4,加完后记时,在磁力搅拌器上搅拌反应90min,溶液呈紫绿色。中温反应:将冰水浴换成温水浴,在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃,让其反应30 min,溶液呈紫绿色。高温反应:中温反应结束之后,缓慢加入220mL 去离子水,加热保持温度70~100℃左右,缓慢加入一定双氧水(5 %)进行高温反应,此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤,直至BaCl2检测无白色沉淀生成,说明没有SO42-的存在,样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4,一开始温度会急剧上升,很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。 方法二:Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。方法三:修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨,如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶,加入适量的浓硫酸,磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物,再缓慢加入6 g高锰酸钾,控制反应温度不超过10 ℃,在冰浴条件下搅拌2 h后取出,在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4(质量分数)溶液进行稀释,搅拌2 h后,加入6 mL H2O2,溶液变成亮黄色,搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次,使其pH~7,得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中,60 W功率超声约3 h,沉淀过夜,取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥,即得片层较薄的氧化石墨烯,如图1中(2)过程。
氧化石墨烯的制备及表征
氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046
氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要:石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3],其片层厚度一般只能达到30~100 nm,难以得到单层石墨烯(约0.34 nm),并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨,再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液,再通过化学还原获得,已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词:氧化石墨烯,石墨烯,氧化石墨,制备,表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat:Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the
石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法 主要市场包括:石墨烯透明导电薄膜材料的生产和销售,以及在透明电极、储能、电子器件等领域的应用技术开发和技术支持服务。公司目前的石墨烯导电层产品功能良率能做到85%,但外观良率目前只能做到60%左右。目前产品已经在低端手机上逐渐应用。常州二维碳素科技有限公司的关键技术如下: ②辉锐集团由辉锐科技(香港)有限公司,辉锐材料科技有限公司与辉锐电子技术有限公司。 辉瑞科技专注于石墨材料的研发和生产,是大面积高质量石墨烯的量产成为现实。而辉锐材料则主要从事应用产品的设计和营销,提升石墨烯在移动设备,发电和能源储备,医疗保健等领域的应用。 辉锐科技是一家从事石墨烯技术发展的公司,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场,且计划未来3年公投资1.5亿美元发展石
墨烯移动设备市场。5月份,厦门大学,英国BGT Material Limited 和福建辉瑞材料有限公司签署协议在厦门大学建立“石墨烯工业技术研究院”。石墨烯发明者诺贝奖物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫等将加盟改研究院。公司正研制利用石墨烯制造可屈曲触摸屏,目前已经投产。 2. 石墨烯在锂离子电池领域的应用 石墨烯优异的导电性能可以提升电极材料的电导率,进而提升锂离子电池的充放电速度;石墨烯的二维层状结构可以有效抑制电极材料在充放电过程中因体积变化引起的材料粉化;石墨烯还能很好地改善锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性和安全性。除此之外还能大幅提高电池的充放电速度。国内研究成果: 宁波墨西科技有限公司依托中科院宁波所技术研发实力,产学研一体化优势,使得公司在石墨烯领域走在行业前列;公司产品分为三大类:基础产品(浆料、粉体)、专用分散液、工业化应用产品。在锂电池领域,已经开发出石墨烯复合电极材料、石墨烯导电添加剂、石墨烯涂层铝箔等;公司石墨烯导电剂产品已经在磷酸铁锂电池厂商试样,能有效提高电池倍率充放电性能。 宁波墨西锂电池领域研发目标:第一,2016 年实施Battery 200 计划,研发能量密度达到200Wh/kg 的新型电力锂电池及其材料技术;第二,2020 年实施Battery 300 计划,研发能量密度达到300Wh/kg 的下一代动力锂电池及其材料技术。目前技术路线,以石墨烯作为新一代导电剂研发为主,包括石
氧化石墨烯的制备
大学生创新训练项目 研究报告 项目名称:氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯的制备及其吸附性的研究 项目类型:一般项目 项目年度:2014年 项目负责人:李柯学号:32012080015 负责人院(系):安全与环境工程学院环境工程系 专业(方向):环境工程 项目组成员:杨梦凡、杨舒、卢光远 指导教师:任冬梅 教务处制 二〇一五年 摘要
石墨烯是由单层碳原子排列组合而成,呈六边形网状结构,因其特殊的二维结构表现出许多优异的性质。而氧化石墨烯由于在表面及边缘上大量含氧基团的引入,易于修饰与功能化,且保持着化学稳定性。本文采用改良hummers法制备氧化石墨烯。本文采用改良hummers 法制备氧化石墨烯。改进后制备较高氧化程度的氧化石墨的原料:天然鳞片石墨1g,浓硫酸23ml,高锰酸钾3g,硝酸钠0.5g,30%双氧水10ml,35%的盐酸,蒸馏水若干(实验中采用了多组不同的原料用量配比,过程记录以此组数据为例)。并得到如下结论:制取氧化石墨烯时,一定范围内,天然鳞片石墨用量减少可以提高氧化程度;硝酸钠用量的变化对石墨烯氧化程度影响不大;适度增加高锰酸钾和双氧水的用量同样可以提高氧化程度。实验过程中,高锰酸钾对石墨烯的氧化起着至关重要的作用,加入高锰酸钾时长时间缓慢增加对石墨烯氧化程度的效果比一次性直接加入要好。改进后的方法有利于提高实验室合成氧化石墨烯的效率,一定程度上降低了实验操作的难度。制取磁性氧化石墨烯的过程中,是在强碱性(PH>12)的环境下,让氧化石墨烯与FeCl3和FeCl2水浴恒温,使生成的纳米Fe3O4直接镶嵌复合到氧化石墨烯上。最后在不同浓度的PH条件下测得氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯对甲基橙和重金属离子的吸收。 关键词:氧化石墨烯、磁性氧化石墨烯、吸附性
氧化石墨烯的制备讲义
实验十、氧化石墨烯的制备实验 一、实验目的 1、掌握Hummers法制备氧化石墨烯。 2、了解氧化石墨烯结构与性能表征。 二、实验原理 1、氧化石墨烯 氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,氧化石墨烯是单一的原子层,可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米,因此,其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料,具有聚合物、胶体、薄膜,以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质,因为其在水中具有优越的分散性,但是,相关实验结果显示,氧化石墨烯实际上具有两亲性,从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。 经过氧化处理后,氧化石墨仍保持石墨的层状结构,但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位,许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述,以便有利于石墨烯材料的进一步研究,虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱,核磁共振等手段对其结构进行分析,但由于种种原因(不同的制备方法,实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响),氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基,而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。 图1 氧化石墨烯的结构 2、氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯的制备一般有三种方法:brodie法、Staudenmaier法、hummers法。这三种方法的共同点都是利用石墨在酸性质子和氧化剂的作用下氧化而成的,但是不同的方法各有优点。Brodie 等人于1859年首次用高氯酸和发烟硝酸作为氧化剂插层制备出
氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯的制备 案场各岗位服务流程 销售大厅服务岗: 1、销售大厅服务岗岗位职责: 1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品; 2)保持销售区域台面整洁; 3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等; 4)收集客户意见、建议及现场问题点; 2、销售大厅服务岗工作及服务流程 阶段工作及服务流程 班前阶段1)自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域 2)检查使用工具及销售大厅物资情况,异常情况及时登记并报告上级。 班中工作程序服务 流程 行为 规范 迎接 指引 递阅 资料 上饮品 (糕点) 添加茶水 工作 要求 1)眼神关注客人,当客人距3米距离 时,应主动跨出自己的位置迎宾,然后 侯客迎询问客户送客户
注意事项 15度鞠躬微笑问候:“您好!欢迎光临!”2)在客人前方1-2米距离领位,指引请客人向休息区,在客人入座后问客人对座位是否满意:“您好!请问坐这儿可以吗?”得到同意后为客人拉椅入座“好的,请入座!” 3)若客人无置业顾问陪同,可询问:请问您有专属的置业顾问吗?,为客人取阅项目资料,并礼貌的告知请客人稍等,置业顾问会很快过来介绍,同时请置业顾问关注该客人; 4)问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好,这里是XX销售中心,这边请”5)问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好 6)关注客人物品,如物品较多,则主动询问是否需要帮助(如拾到物品须两名人员在场方能打开,提示客人注意贵重物品); 7)在满座位的情况下,须先向客人致歉,在请其到沙盘区进行观摩稍作等
待; 阶段工作及服务流程 班中工作程序工作 要求 注意 事项 饮料(糕点服务) 1)在所有饮料(糕点)服务中必须使用 托盘; 2)所有饮料服务均已“对不起,打扰一 下,请问您需要什么饮品”为起始; 3)服务方向:从客人的右面服务; 4)当客人的饮料杯中只剩三分之一时, 必须询问客人是否需要再添一杯,在二 次服务中特别注意瓶口绝对不可以与 客人使用的杯子接触; 5)在客人再次需要饮料时必须更换杯 子; 下班程 序1)检查使用的工具及销售案场物资情况,异常情况及时记录并报告上级领导; 2)填写物资领用申请表并整理客户意见;3)参加班后总结会; 4)积极配合销售人员的接待工作,如果下班时间已经到,必须待客人离开后下班;
石墨烯的制备方法概述
石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯,验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下:首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上, 再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。
1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850°C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中,超声1h后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明,当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时,溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量,能够较好地剥离石墨烯
常用溶液的配置+氧化石墨烯的制备
PB和PBS是免疫细胞化学实验中最为常用的缓冲液, 0.01mol/L的PBS主要用于漂洗组织标本、稀释血清等,其pH应在7.25~7.35之间,否则需要调整。 0.1mol/L的PB常用于配制固定液、蔗糖等。 一般情况下,0.2mol/l PB的pH值稍高些,稀释成0.01mol/L的PBS时,常可达到要求的pH值,若需调整pH,通常也是调PB的pH。 配制方法为: 1.0.2mol/L(pH7.4)磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer, PB) 试剂:NaH2PO4?2H2O Na2HPO4?12H2O 配制方法:配制时,常先配制0.2mol/L的NaH2PO4和0.2mol/L的Na2HPO4,两者按一定比例混合即成0.2mol/L的磷酸盐缓冲液(PB),根据需要可配制不同浓度的PB和PBS。 (1)0.2mol/L的Na2HPO4;称取Na2HPO4.12H2o 31.2g(或NaH2PO4?H2O 27.6g)加重蒸水至1000ml溶解。 (2)0.2mol/L的Na2HPO4:称取NaHPO4.?12H2o 71.632g(或Na2HPO4?7H2O 53.6g或Na2HPO4?2H2o 35.6g)加重蒸水至1000ml溶解。 (3)0.2mol/L pH7.4的PB的配制:取19ml 0.2mol/L的NaH2PO4和81ml 0.2mol/L的 Na2HPO4?12H2O,充分混合即为0.2mol/L的PB(pH约为7.4~7.5)。若pH偏高或偏低,可通过改变二者的比例来加以调整,室温保存即可。 2.0.01mol/L磷酸盐缓冲生理盐水(Phosphate Buffered Saline, PBS) 试剂:0.2mol/L PB 50ml NaCl 8.5~9g(约0.15mol/L) 重蒸水至1000ml 配制方法:称取NaCl 8.5~9g及0.2mol/L的PB 50ml,加入1000ml的容量瓶中,最后加重蒸水至1000ml,充分摇匀即可。若拟配制0.02mol/L的PBS,则PB量加倍即可,依此类推
石墨烯制备综述
石墨烯制备方法综述 石墨烯的制备方法可以分为物理和化学制备方法。物理的方法主要是采取机械剥离的方法,化学方法主要是分为化学沉积和化学合成两大方向。物理制备方法包括微机械剥离法,碳纳米管切割法,取向复生法等;化学制备方法包括化学气相沉积法,氧化还原法,液相剥离法,有机合成法,SiC外延生长法等。 物理方法制备石墨烯共同的缺点就是生产出的石墨烯厚度不一,可操作性差,并且无法生长出大尺寸的石墨烯,但微机械剥离法为人类发现石墨烯做出了重要的贡献。 化学制备方法中化学气相沉积法和氧化还原法分别是先进制备石墨烯薄膜和石墨烯粉体最重要的方法,也是最有希望实现大规模制备石墨烯的方法。化学气相沉积法制备的石墨烯能生成大尺寸石墨烯薄膜,但制备技术仍然缺乏稳定性,在转移过程中也会造成石墨烯缺陷,制备得到的石墨烯薄膜面积仍然相对有限。氧化还原法制备过程中采用强酸,容易造成设备损坏和环境污染,制备得到的石墨烯粉末品质不高。整体上,化学制备方法是最有希望实现大规模制备石墨烯的方法,但存在稳定性问题,技术还需要继续改进。表4.1是各种制备方法的优缺点。 表1.1各种石墨烯制备方法的优缺点列表
4.1.1石墨烯的CVD法制备工艺 CVD法制备研究概况:用化学气相沉积(CVD)方法在金属催化剂基底上可以得到大面积连续的石墨烯薄膜,所用的多晶基底相比于单晶基底更为廉价易得,同时生长出的石墨烯薄膜的转移也相对简单,目前来看是大规模制备石墨烯的最有希望的方法之一。通过CVD生长方法已经获得大面积(最大面积可达30英寸)、高质量、层数可控、带隙可调的石墨烯薄膜材料。这种生长方法因其便捷易操作且可控性高、能与下一步石墨烯的转移与应用紧密结合的优点,已经成为石墨烯生长领域的主流方法。石墨烯在金属催化剂表面的CVD生长是一个复杂的多相催化反应体系。该过程主要包括如下几步:(1)烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解;(2)表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散。某些
石墨烯的制备方法
一.文献综述 随着社会的发展,人们对材料的要求越来越高,碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年 确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯;1991年发现了碳纳米管;2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯 家族中又一纳米级功能性材料,它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现,其已 成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。 制备石墨烯的方法有很多种,如外延生长法,氧化石墨还原法,CVD法, 剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。 除此之外,还对其的一些性能进行表征。 二.石墨烯材料 2.1石墨烯材料的结构和特征 石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层 碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。 ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合 材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的 研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石 墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste: 等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的 2倍多,可用于水净化系统。
石墨烯薄膜制备方法研究
北京化工大学本科生毕业论文
题目石墨烯薄膜制备方法研究 诚信申明 本人声明: 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究生成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京化工大学或其他教育机构的学位或证书而是用过的材料,其他同志对研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人愿承担一切相关责任。本科生签名:日期:年月日
本科生毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目:石墨烯薄膜制备方法研究 学院:化学工程学院专业:化学工程与工艺班级:化工0805 学生:艾东东指导教师(含职称):元炯亮副教授专业负责人:刘晓林 1.设计(论文)的主要任务及目标 主要任务:(1)利用Hummers法制备氧化石墨; (2)利用电化学还原法制备石墨烯。 主要目标:配置一定浓度的氧化石墨溶液,导电玻璃作为基底,将氧化石墨溶液涂于导电玻璃表面,在恒电压下还原氧化石墨,制得薄层石墨烯。 2.设计(论文)的基本要求和内容 了解石墨烯国内外的研究现状和发展趋势,以及有关石墨烯的一些制备方法和表征手段,掌握基本的实验操作技能,学会分析实验结果。毕业论文完成后应具备独立进行研究的能力。 3.主要参考文献 [1] 朱宏伟,徐志平,谢丹等.石墨烯-结构、制备方法与性能表征[M].北京:清华大学出版社,2011:36~45 [2]郭鹏.石墨烯的制备、组装及应用研究[D],北京:北京化工大学,2010 [3] Hummers W S, Offeman R E, Preparation of graphite oxide[J].J Am Chem Soc, 1958,80(6):1339 4.进度安排 设计(论文)各阶段名称起止日期 1 前期文献查阅并准备开题2012.2.15~2012.2.29 2 进行相关实验,处理实验数据,分析结果2012.3.1~2012.5.1 3 总结实验结果,编写实验论文2012.5.1~2012.5.20 4 完善毕业论文,进行相关的修改2012.5.20~2012.5.30 5 准备毕业答辩及毕业相关的工作2012.5.30~2012.6.5
氧化石墨烯的制备过程
石墨烯的制备过程:石墨的预氧化处理(第1-4步)――石墨氧化处理(第2-9步)――洗涤处理(第10-12步)――超声分散得GO片(第13步) 参考文献:JACS 2008-130-5856 CM 1999-11-771 1、取3g 石墨放进80°C浓H2SO4(20mL)、K2S2O8(2.5g)和P2O5(2.5g)的混合溶液,保温4.5 h; 2、将上述溶液降至室温,用0.5L去离子水稀释,隔夜放置; 3、过滤(0.22μm微孔滤膜),然后用去离子水洗过滤后的产物(除酸); 4、将上步的产物隔夜放置烘干; 5、第4步产物放进0°C的浓H2SO4(120mL); 6、接着将15g KMnO4慢慢加入上述溶液中,同时搅拌,并且冰浴,保持温度在20°C以下; 7、然后在35°C下搅拌2h,然后用250mL去离子水稀释(因为用水稀释时会放出大量的热,在冰浴中可以保持温度在50°C以下); 8、将250mL水加完以后,接着搅拌2h,然后加0.5L去离子水; 9、然后加20mL 30% 的H2O2,这时溶液的颜色将变成明亮的黄色,并且冒气泡; 10、得到的溶液静置一夜,之后将上清液倒掉 11、将上述溶液用1:10 的HCl溶液(1L)洗涤(除硫酸根离子),接着用去离子水(1L)洗至中性(除酸);在洗涤过程中加入清水,等上清液澄清时,在将其上清液倾倒,如此反复几次后,再加水清洗时,溶液很难再次变得澄清。12、此时,把较浓的石墨烯溶液加入到较大的培养皿中,每个培养皿(直径约8cm)装15-20 ml石墨烯溶液;然后将所有样品置于40℃下干燥(约6 h),得到紧贴于培养皿底的干的GO片;样品干燥后,再往装有干燥石墨烯的培养皿中加入蒸馏水,静置2min左右,再倒出,这样重复4-5次,将样品洗涤至中性;最后再将样品在40℃下烘干,即得氧化石墨烯样品,把样品收集装入玻璃瓶中保存备用。 13、称取一定量配成浓度为0.05%的溶液,超声30 min得氧化石墨烯片。
hummers法制备石墨烯
主要原材料:石墨粉(粒度小于30μm的粒子。含量大于95%,碳含量%), 浓硫酸(95%—98%),高锰酸钾,硝酸钠,双氧水30%,盐酸,氯化钡,水合肼80% 氧化石墨(GO)的制备 采用Hummers 方法[12]制备氧化石墨。具体的工艺流程:在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶,加入适量的浓硫酸,搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物,再分次加入6 g 高锰酸钾,控制反应温度不超过20℃,搅拌反应一段时间,然后升温到35℃左右,继续搅拌30 min,再缓慢加入一定量的去离子水,续拌20 min 后,并加入适量双氧水还原残留的氧化剂,使溶液变为亮黄色。趁热过滤,并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥,保存备用。 石墨烯的制备 将100 mg 氧化石墨分散于100 g 水溶液中,得到棕黄色的悬浮液,再在超声条件下分散1 h,得到稳定的分散液。然后移入四口烧瓶中,升温至80℃,滴加2 mL 的水合肼,在此条件下反应24 h 后过滤,将得到的产物依次用甲醇和水冲洗多次,再在60℃的真空干燥箱中充分干燥,保存备用。 具体实验步骤: 一:氧化石墨烯的制备 1:一只大烧杯250Ml,里面放冰块,提供冰水浴 " 2:用试管量取23mlH2SO4,再用电子天平称取1g石墨,硝酸钠,3g高锰酸钾 3:用镊子企业一直转自放到锥形瓶,之后把浓硫酸轻轻倒入锥形瓶,然后放到电磁搅拌器中。 4:将石墨和硝酸钠混合加入锥形瓶,搅拌反应三分钟,然后将高锰酸钾加入锥形瓶 5:控制温度小于20℃,搅拌反应2个小时 6:升温至35℃,继续搅拌30分钟 7:将水和蒸馏水配置46mL的去离子水(14摄氏度) 8反应到30分钟后,将去离子水加入锥形瓶,然后将温度升高至98℃,持续加热20min,溶液呈棕黄色,冒出红烟 9:取出5g双氧水(30%),加入锥形瓶 10:取下锥形瓶趁热过滤,并用HCL和去离子水洗涤,待剩余固体在滤纸稳定后,用镊子把滤纸取出,再用一块干净的滤纸衬在底部,一块放到60℃的干燥箱中充分干燥。 二:石墨烯的制备 1:干燥后的氧化石墨烯,取出100mg分散于100g水溶液中,得到棕黄色悬浮液 @ 2:把悬浮液放到超声波洗涤箱中,在超声波条件分散1小时 3:取出溶液放到四口烧杯中,升温到80℃,再滴加20ml水合肼,反应24小时过滤 4:得到的产物以此用甲醇和水冲洗 5:得到的固体在60℃干燥箱中充分干燥,保存备用。 三:实验原材料的作用 浓硫酸:强质子酸,进入石墨层间。高锰酸钾:强氧化剂氧化,生成氧化石墨(GO)经过超声剥离得到氧化石墨烯。水合肼:还原剂,出去氧化石墨烯表面的含氧官能团,得到石墨烯。硝酸钠:在强酸环境下,硝酸根具有强氧化性。双氧水:除去氧化中多余的高锰酸钾,氧化成2价锰离子除去。稀盐酸:洗去其中的金属离子,硫酸根离子,氯化钡:检测其中的硫酸
石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法 来源:厦门烯成 目前,石墨烯材料的制备方法主要有四种:微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。 2004年英国Manchester大学的Geim和Novoselov等人利用微机械剥离法,也就是用胶带撕石墨[1]获得了单层石墨烯,并验证了二维晶体的独立存在。他们利用氧等离子束在1mm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出20微米见方、深5微米的微槽,并将其用光刻胶压制在SiO2/Si衬底上,然后用透明胶带反复撕揭,剥离出多余的石墨片。随后将粘有剩余微片的SiO2/Si衬底浸入丙酮溶液中,超声去除样品表面残余的胶和大多数较厚的片层。所得到的厚度小于10nm片层主要依靠范德华力吸附在硅片上。最后通过光学显微镜和原子力显微镜挑选出单层石墨烯薄片。利用该方法可以获得高质量的石墨烯,但缺点是所获得石墨烯尺寸太小,仅几十或者上百微米。且制备过程不易控制,产率低,不适合大规模的生产和应用。 同年美国佐治亚理工学院W.A. de Heer等人通过加热单晶6H-SiC脱除Si,在单晶SiC (0001) 面上外延生长石墨烯[2]。具体过程是:将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通过电子轰击加热,除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后,将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后保持1分钟到20分钟,以形成极薄的石墨层。相比微机械剥离法,外延生长法可以实现较大尺寸,高质量石墨烯制备,是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法,然而石墨烯的厚度由加热温度决定,大面积制备单一厚度的样品比较困难,且SiC过于昂贵,得到的石墨烯难以转移到其它衬底上。
氧化石墨烯的制备和表征 - 副本
氧化石墨烯的制备和表征 在我们的技术中独立的纸一样或foil-like材料是社会不可分割的一部分。他们的用途包括作为防护层,化学过滤器、组件电气电池或超级电容器,粘合剂层,电子或光电组件,和分子存储。基于纳米组件如剥落了蛭石或云母血小板使无机的纸一样的材料一直深入研究和商业化防护涂料、高温粘结剂、电介质壁垒和gas-impermeable膜。因为它们的化学电阻率与大多数媒体,在宽度,温度范围内,密封性能优越,是不透过性液体,碳基柔性石墨薄片堆叠血小板组成的膨胀石墨一直使用在在填料和填料的应用程序。碳纳米管的发现带来了巴基纸,它显示优良的机械和电气性能,使其潜在的适合燃料电池和结构复合应用程序。在这里,我们报告的准备和表征氧化石墨烯纸,一个由血流导引组装独立的碳基膜材料个人氧化石墨烯表。这种新材料在刚度和强度方面优于许多其他的纸一样的材料。这种新材料区别于其他纸一样的材料的刚度和强度。宏观的灵活性和刚度的组合的结果能联锁纳米石墨烯氧化物表的安排。 氧化石墨是一种层状材料组成的亲水氧化的石墨烯薄片(氧化石墨烯表)轴承氧官能团基飞机和边缘。Graphite-oxidebased薄膜是通过solvent-casting方法制造的,但尚不清楚是否氧化石墨分散体使用完全脱落成单个表。此外,生成的薄膜材料的形态和力学性能在侦破而没有阐明。 最近,我们已经表明,在合适的条件下氧化石墨在水中可以接受完全剥落,产生几乎完全个人的胶体悬浮液,平均横向尺寸约1毫米的石墨烯氧化物表。这样的表可以化学功能化,分散在聚合物矩阵,缺氧复合材料屈服小说。我们因此寻求一个方法将氧化石墨烯表组合为秩序井然的宏观结构。我们发现,类似于碳纳米管,石墨烯氧化物表确实可以组装成纸一样的材料并在一个方向流动。真空过滤胶体分散体系的氧化石墨烯表通过一个Anodisc膜过滤并干燥后,独立的氧化石墨烯纸厚度范围从1到30毫米(补充的信息1)。这这种材料在传播在反射白光时是均匀和深棕色,当比5毫米厚时是几乎黑色得了(图1)。氧化石墨烯纸样品的断裂边缘成像通过扫描电子显微镜(SEM)透露well-packed层通过几乎整个论文的截面样本,夹在密集的“波浪”少皮肤层,厚约100 - 200 nm e-g(图1)。这种材料在反射时以均匀和深棕色在传播,在比5毫米厚时几乎黑色得了(图1)。 图1 |氧化石墨烯纸的形态和结构。a-d氧化石墨烯纸模拟、数码相机图像。a,1微米厚(西北大学的标志在纸下);b,折叠,5微米厚半透明薄膜;c、折叠,25微米厚地带;d,带断裂后拉伸加载。e-g、低收入、中等收入和高分辨率扫描电镜侧视图像,10微末厚样品。h,x射线衍射模式的两个氧化石墨纸样品用两种不同的工具(见方法)。
石墨烯的制备方法及应用
石墨烯的制备方法及应用 无机光电0901 3090707020 黄飞飞摘要:石墨烯具有非凡的物理性质,如高比表面积、高导电性、高机械强度、易于修饰及大规模生产等。2004年石墨烯的成功剥离,使石墨烯成为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,其产品研发和应用目前正在全球范围内急剧增加,本文通过对石墨烯特性、制备方法、在光电器件方面的应用几方面进行了综述,希望对石墨烯的综合应用进展有所了解。 关键词:石墨烯制备方法应用 1 引言 人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。石墨烯(Graphene)的理论研究已有 60 多年的历史。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至 2004 年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因在二维石墨烯材料的开创性实验而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,从2006年开始,研究论文急剧增加,作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国等国家的研究尤其活跃。石墨烯或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。 2 石墨烯的基本特性 至今为止,已发现石墨烯具有非凡的物理及电学性质,如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。石墨烯是零带隙半导体,有着独特的载流子特性,为相对论力学现象的研究提供了一条重要途径;电子在石墨烯中传输的阻力很小,在亚微米距离移动时没有散射,具有很好的电子传输性质; 石墨烯韧性好,有实验表明,它们每 100nm 距离上承受的最大压力可达 2.9 N,是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一。石墨烯特有的能带结构使空穴
外延法制备石墨烯
外延法制备石墨烯 近些年随着微电子工业的迅速发展,硅基集成电路芯片技术正在逼近摩尔定律的物理极限,科学家预言石墨烯有望替代硅材料称为后摩尔时代电子器件发展的重要角色。瑞典皇家科学院在A. K. Geim和K. S. Novoselov因为发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖时列出的石墨烯潜在应用产业。 石墨烯的奇特的物理性质如极高的载流子迁移率(约250,000 cm2V-1·s-1)、室温下亚微米尺度的弹道传输特性、反常量子霍尔效应、极优的力学性能(杨氏模量~5000W·m-1·K-1,断裂强度125GPa)以及电子自旋输运、超导电性等,使其在纳米电子学和自旋电子学元器件方面拥有非常广阔的发展前景。同时,平面的石墨烯片很容易使用常规技术加工,甚至可能在一层石墨烯单片上直接加工出各种半导体器件和互联线,从而获得具有重大应用价值的拳坛集成电路。 材料的制备是实现其功能化应用的基础,大面积高质量石墨烯的制备仍然是困扰科研人员的一大难题。石墨烯虽然可以通过很多种生长方式获得,如机械剥离法,以单晶金属为衬底的CVD法化学氧化还原法等,但是碳化硅外延生长法被普通认为是实现工业化制备和生产石墨烯的最有效途径之一。 所谓的外延法,即在一个晶格结构上通过晶格匹配生长出另外一种晶体的方法。与其它制备方法比较,外延法是最有可能获得大面积、高质量石墨烯的制备方法。所获得的石墨烯具有较好的均一性,且与当前的集成电路技术有很好的兼容性。根据所选基底材料的不同,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。 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
石墨烯的制备方法概述
石墨烯的制备方法概述 1 物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得, 操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨烯,验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下:首先利用氧等离子在1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20 μm—2 mm、5 μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上,再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。 1.2取向附生法—晶膜生长
Peter W.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150 °C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850°C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80 %后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3 液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000 °C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman 等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP) 中,超声1h 后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的超声(462 h)可使石墨烯浓度高达1.2 mg/mL。研究表明,当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时,溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量,能够较好地剥离石墨烯的溶剂表面张力范围为40~50mJ/m2。利用气流的冲击作用能够提高剥离石墨片层的效率。Janowska