中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石墨烯具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和電化學(xué)性能，以及優(yōu)良的結(jié)構(gòu)、電子、機(jī)械、導(dǎo)熱、光學(xué)透明、固有電荷遷移率、機(jī)械強(qiáng)度、彈性等特性，是一種高效的電極材料。石墨烯因其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于鋰電池中。

石墨烯的快速發(fā)展急需實(shí)現(xiàn)大規(guī)模，批量化地制備結(jié)構(gòu)、厚度和尺寸可控的高質(zhì)量石墨烯。目前制備石墨烯的方法主要包括微機(jī)械剝離法，氧化還原法，SiC外延生長(zhǎng)法和化學(xué)氣相沉積(CVD)法等。

機(jī)械剝離法

通過(guò)機(jī)械力從石墨晶體的表面剝離出石墨烯片層。該方法的優(yōu)點(diǎn)是得到的產(chǎn)物保持著比較完美的晶體結(jié)構(gòu)，缺陷的含量較低。缺點(diǎn)是產(chǎn)生石墨烯的效率較低，不適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，一般僅僅用于實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究。

氧化還原法

目前，制備氧化石墨(GO)的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，用石墨制備氧化石墨是低成本、大規(guī)模制備石墨烯的起點(diǎn)。氧化石墨烯溶液經(jīng)過(guò)還原即可得到石墨烯，氧化還原方法最大的缺點(diǎn)是制備的石墨烯有一定的缺陷，因?yàn)榻?jīng)過(guò)強(qiáng)氧化劑氧化得到的氧化石墨，并不一定能被完全還原，可能會(huì)損失一部分性能，如透光性、導(dǎo)熱性，尤其是導(dǎo)電性，但氧化還原方法價(jià)格低廉，可以制備出大量石墨烯，是目前最常用的制備石墨烯的方法。

SiC外延生長(zhǎng)法

該法是通過(guò)加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001)面上分解出石墨烯片層。具體過(guò)程是：將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過(guò)電子轟擊加熱，除去氧化物。用俄歇電子能譜確定表面的氧化物完全被移除后，將樣品加熱使溫度升高至1250~1450℃后恒溫1~20min，從而形成極薄的石墨層。該方法通常會(huì)產(chǎn)生比較難以控制的缺陷，以及多晶疇結(jié)構(gòu)，很難獲得較好的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。

化學(xué)氣相沉積(CVD)法

ＣＶＤ法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在襯底或催化劑表面，進(jìn)而制得固體材料的方法�；瘜W(xué)氣相沉積法是應(yīng)用最廣泛的一種大規(guī)模工業(yè)化制備半導(dǎo)體薄膜材料的方法。但該方法仍有一些不足之處亟待解決。研究表明，目前使用這種方法得到的石墨烯在某些性能上(如輸運(yùn)性能)可以與機(jī)械剝離法制備的石墨烯相比，但后者所具有的另一些屬性(如量子霍爾效應(yīng))并沒(méi)有在CVD法制備的石墨烯中觀測(cè)到。同時(shí)，CVD法制備的石墨烯的電子性質(zhì)受襯底的影響很大。

此外還有熱膨脹剝離法、電弧法、電化學(xué)方法等制備石墨烯的方法，但這些方法都或多或少地存在一些缺點(diǎn)，所以石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用至今難以實(shí)現(xiàn)。沈志剛教授于2010年在國(guó)際上首次提出射流空化法，是一種制備石墨烯的物理方法，該方法生產(chǎn)的石墨烯具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這種方法是利用水、普通改性劑和石墨的混合水溶液，在射流空化力的作用下使石墨剝離而得到石墨烯。這種制備石墨烯的方法具有簡(jiǎn)易、安全、無(wú)氧化、無(wú)需高溫、環(huán)境友好、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，更加適合石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)十余年的技術(shù)改進(jìn)，成本大幅下降，產(chǎn)量大幅提升，非常具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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專家簡(jiǎn)介

沈志剛，北京航空航天大學(xué)教授，工程力學(xué)和微納米技術(shù)博士點(diǎn)博士生導(dǎo)師。北京市粉體技術(shù)研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。曾獲得 “全國(guó)優(yōu)秀科技工作者榮譽(yù)稱號(hào)”、“國(guó)家級(jí)百千萬(wàn)人才”、“國(guó)務(wù)院政府特殊津貼”等。

參考來(lái)源：

史永勝.石墨烯的制備及表征研究進(jìn)展

李興鰲.石墨烯的制備、表征與特性研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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