石墨烯制备技术发展迅速 工业化制法仍未形成_家核优居
石墨烯制备技术发展迅速 工业化制法仍未形成
石墨烯制备技术发展迅速 工业化制法仍未形成
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石墨烯制备技术发展迅速。石墨烯优良的性能和广泛的应用前景，极大的促进了石墨烯制备技术的快速发展。自2004年Geim等首次用微机械剥离法制备出石墨烯以来，科研人员又开发出众多制备石墨烯的方法。其中比较主流的方法有外延生长法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法等。
现有制法还不能满足石墨烯产业化的要求。包括微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法在内的众多制备方法目前仍不能满足产业化的要求。特别是产业化要求石墨烯制备技术能稳定、低成本地生产大面积、纯度高的石墨烯，这一制备技术上的问题至今尚未解决。
微机械剥离法
石墨烯首先由微机械剥离法制得。微机械剥离法即是用透明胶带将高定向热解石墨片按压到其他表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯。2004年，Geim，Novoselov等就是通过此方法在世界上首次得到了单层石墨烯，证明了二维晶体结构在常温下是可以存在的。
微机械剥离方法操作简单、制作样本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法。但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，成本高，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法和金属催化外延生长法。碳化硅外延生长法是指在高温下加热SiC单晶体，使得SiC表面的Si原子被蒸发而脱离表面，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。
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得石墨烯。气体在吸附过程中可以长满整个金属基底，并且其生长过程为一个自限过程，即基底吸附气体后不会重复吸收，因此，所制备出的石墨烯多为单层，且可以大面积地制备出均匀的石墨烯。
化学气相沉淀CVD法：最具潜力的大规模生产方法
CVD法被认为最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯，是产业化生产石墨烯薄膜最具潜力的方法。化学气相沉淀CVD法具体过程是：将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面便会形成数层或单层石墨烯，此过程中包含碳原子在基底上溶解及扩散生长两部分。该方法与金属催化外延生长法类似，其优点是可以在更低的温度下进行，从而可以降低制备过程中能量的消耗量，并且石墨烯与基底可以通过化学腐蚀金属方法容易地分离，有利于后续对石墨烯进行加工处理。
三星用这种方法获得了对角长度为30英寸的单层石墨烯，显示出这种方法作为产业化生产方法的巨大潜力。但该过程所制备出的石墨烯的厚度难以控制，在沉淀过程中只有小部分可用的碳转变成石墨烯，且石墨烯的转移过程复杂。
氧化石墨还原法
氧化石墨还原法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一。该方法操作简单、制备成本低，可以大规模地制备出石墨烯，已成为石墨烯制备的有效途径。另外该方法还有一个优点，就是可以先生产出同样具有广泛应用前景的功能化石墨烯--氧化石墨烯。
其具体操作过程是先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，就可形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯。
其他制备石墨烯的方法还有碳纳米管切割法、石墨插层法、离子注入法、高温高压HPHT生长法、爆炸法以及有机合成法等。
制备大面积、高质量的石墨烯仍然是一个较大的挑战。虽然化学气相沉淀法和氧化还原法可以大量的制备出石墨烯，但是化学气相沉淀法在制备后期，对于石墨烯的转移过程比较复杂，而且制备成本较高，另外基底内部C生长与连接往往存在缺陷。利用氧化还原法在制备时，由于单层石墨烯非常薄，容易团聚，导致降低石墨烯的导电性能及比表面积，进一步影响其在光电设备中的应用，另外，氧化还原过程中容易引起石墨烯的晶体结构缺陷，如碳环上碳原子的丢失等。
制法制约石墨烯产业化。石墨烯的各种顶尖性能只有在石墨烯质量很高时才能体现，随着层数的增加和内部缺陷的累积，石墨烯诸多优越性能都将降低。要真正的实现石墨烯应用的产业化，体现出石墨烯替代其他材料的优越品质，必须在制备方法上寻求突破。只有适合工业化的石墨烯制法出现了，石墨烯产业化才能真正到来。豆丁微信公众号
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衬底对CVD生长石墨烯的影响研究
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石墨烯的制备方法
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的发展障碍目前，人们对石墨烯产业的研究如火如荼的开展，但是石墨烯产业也存在一些发展障碍。　整体还在研发阶段，各国对这个新兴材料正处于专利布局期，产业链还没有形成，对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究应用。　　石墨烯之所以没有实现大规模量产，主要是没有找到一种适合大规模生产的方法和途径，这也是石墨烯成本居高不下的原因。目前，石墨烯的主要制备方法包括四种：微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和化学气相沉积法。　　诺奖获得者海姆和诺沃肖洛夫获取石墨烯的方法，被称之为微机械剥离法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。这一方式至今仍是实验室获取石墨烯进行基础研究的重要手段。该方法得到的质量高，但尺寸较小，大小不一，且极费人工，成本很高，不能满足工业化需求。　　外延生长法所获得的石墨烯面积较大，质量较高，但缺点是石墨烯的制作成本非常高，而且生长条件也很苛刻。这种方法生成的石墨烯不易转移到别的基体上使用，因为在金属表面上催化生长石墨烯，再把它转移到适合的基底上，好比在一个足球场上铺一层薄薄的保鲜膜，想让它平平整整且完好无损，难度很大。　　氧化石墨还原法是目前成本最低且最容易实现规模化生产的石墨烯制备方法，它的缺点是在氧化还原的过程中，石墨烯的电子结构以及晶体的完整性容易受到强氧化剂的破坏，进而影响石墨烯的分子特性。　　化学气相沉积法，虽然可以制备出大面积的石墨烯，转移到其他基体上使用也不困难，但质量仍有待提高，且工艺较为复杂，成本较高。　　东南大学教授、博士生导师倪振华此前就加速石墨烯科研及产业化提出五点建议：一是从政府层面引导石墨烯研究的正确方向;二是通过政策支持加快产业化进程;三是尽快着手制定行业标准，争取获得话语权;四是加强行业间的交流合作，促进石墨烯广泛应用;五是成立相关产业技术联盟，加强行业内部的协调和合作。　　近几年，的兴起也引起了中国政府的重视，去年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中的前沿新材料就包含石墨烯。此外，国家科技重大专项、国家973计划也部署了一批重大项目。　&&在编制新材料产业“十二五”发展规划的时候，石墨烯还没有目前这样热门，产业应用前景也并不明朗，因此在规划文本、产品目录中没有把石墨烯作为主要重点，但随着技术和应用的突破，下一步会统筹研究并予以考虑。
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外延法制备石墨烯
&&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,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。
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