衬底上石墨烯制备及改性研究
石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展
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3 贵州大学喀斯特环境 与地质灾害 防治教育部重点实验室 , 阳 5 0 0 ; 贵州大学林学院 , 阳 5 0 0 ) 贵 50 3 4 贵 5 0 0
摘要
口 口
石墨烯是 2 0 问世的一种具有单层二 维蜂 窝状 晶格结构 的碳 质新材料 , 04年 也是性 能优异 的新型纳米
复合材料 填料 。介绍 了石墨烯的结构、 制备方法 ; 重点论述 了石墨烯表 面接枝 以及聚合物基/ 石墨 烯复合材料制备 的
研 究进 展 晴 利 用 石墨 烯 的 高强 度 、 导 电率 等 优 异 性 能 可 以赋 予 聚 合 物 更加 优 异 的特 性 。 , 为 认 高
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关键 r h Pr g e si e r to n d f f Gr p ne a d Re又a c o r s n Pr pa a i n a d M o iy o a he n e
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( C l g fM a e il n e a l r y Gu z o ie st ,Gu y n 5 0 3; Na i n l g n e i g Re e r h Ce tr f r 1 o l e o t ras a d M t l g , i u Un v r iy e u h ia g 5 0 0 2 t a o En i e r s a c n e o n M o i e o y rM a e il Gu z o i e st , ia g 5 0 1 3 Ke a o a o y o r tEn i n n n o a a d Pr v n in d f d P l me t ra , ih u Un v r i Gu y n 5 0 4; i y y L b r t r fKa s v r me ta d Oe h z r e e t o o
石墨烯纳米片的制备及性质研究
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石墨烯纳米片的制备及性质研究石墨烯是石墨的一种单层结构,它是一种新型的二维纳米材料,具有优异的物理、化学和机械性质。
石墨烯具有高的电导率、高的热导率、高强度、高的化学稳定性、透明和柔韧等特性,因此被广泛应用于化学、生物、电子、材料等领域。
本文将重点探讨石墨烯纳米片的制备及性质研究。
一、石墨烯纳米片的制备方法目前石墨烯制备的方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法和化学氧化法等。
下面我们分别介绍一下这几种方法。
1. 机械剥离法机械剥离法是一种制备石墨烯的最早方法,主要是利用图形石墨材料的机械剥离来获得单层石墨烯。
这种方法的原理是在嵌入一层胶带后,将其撕下,这样可以将石墨材料的一层单晶体剥离下来。
但是这种方法具有高成本、低产率和不利于规模化生产等缺点,因此不适用于大规模生产。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较为成功的石墨烯制备方法,主要是通过将化学气源转化成石墨烯,在衬底上生长单层石墨烯。
这种方法的原理是在高温下将烷烃分子或其他含氢气体转化成碳源,从而生长出原子尺寸大小的石墨烯膜层。
这种方法具有成本低、量大、效率高等优点,可以用于规模化生产。
3. 化学还原法化学还原法是一种将氧化石墨烯还原成石墨烯的方法。
这种方法的原理是将氧化石墨烯在还原剂作用下还原成石墨烯,实现从红外吸收的金属氧化物到金属氧化物的转变。
4. 化学氧化法化学氧化法是一种将石墨材料在含有强氧化剂的酸性溶液中氧化成氧化石墨烯的方法。
这种方法的原理是氧化剂可以将石墨材料中的碳原子中心的轨道变成氧原子的轨道而转化成氧化石墨烯,在水溶液中形成分散的纳米片。
二、石墨烯纳米片的性质研究石墨烯具有许多优异的物理、化学和机械性质,具体如下:1. 电导率高石墨烯具有高达 1 × 10^5 S/cm 的电导率,这是金属的 100 倍以上。
这是因为石墨烯的电子能带结构与传统的半导体和金属材料有很大不同,其导带和价带相接,并呈现线性带结构,电子具有质量接近于零的状态。
《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》
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《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展,石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,因其独特的物理、化学性质,在材料科学领域引起了广泛的关注。
其优异的导电性、热导率、力学性能以及大的比表面积等特性,使得石墨烯在复合材料中具有巨大的应用潜力。
本文将重点探讨石墨烯及改性石墨烯的制备方法,以及它们在复合材料中的应用研究。
二、石墨烯与改性石墨烯的制备1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法等。
其中,氧化还原法因其成本低、产量大、操作简便等优点,成为制备石墨烯的常用方法。
该方法首先将天然石墨氧化,得到氧化石墨,然后通过还原得到石墨烯。
2. 改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过在石墨烯表面引入官能团、掺杂异质元素或与其他材料复合等方式,改善其分散性、亲水性、导电性等性能。
常见的改性方法包括共价改性、非共价改性和掺杂改性等。
三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用1. 石墨烯在复合材料中的应用由于石墨烯具有优异的导电性、热导率和力学性能,将其添加到聚合物、金属、陶瓷等材料中,可以显著提高复合材料的性能。
例如,在聚合物基复合材料中,石墨烯可以提高材料的导电性、热稳定性以及力学性能。
在金属基复合材料中,石墨烯可以作为增强相,提高材料的硬度和耐磨性。
2. 改性石墨烯在复合材料中的应用改性石墨烯通过改善其分散性、亲水性和导电性等性能,在复合材料中的应用更加广泛。
例如,通过共价改性引入含氧官能团的石墨烯,可以改善其在极性溶剂中的分散性,从而更好地与其他材料复合。
改性后的石墨烯在聚合物基复合材料中可以形成更为均匀的分散体系,进一步提高复合材料的性能。
四、结论石墨烯及改性石墨烯的制备方法多种多样,其独特的物理、化学性质使得它们在复合材料中具有广泛的应用前景。
随着纳米科技的不断发展,石墨烯及改性石墨烯在复合材料中的应用将更加深入和广泛。
未来研究应关注如何进一步提高石墨烯及改性石墨烯的制备效率、质量以及其在复合材料中的性能表现,以推动其在更多领域的应用。
【精品】石墨烯论文
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【精品】石墨烯论文题目:石墨烯的制备及其性质研究摘要:本文研究了石墨烯的制备方法,包括机械剥离法、化学气相沉积法和电化学法。
我们对这些方法的优缺点进行了分析,并结合实验结果对比了它们的性能。
石墨烯是一种单层厚度只有一个原子的碳材料,具有高强度、高导热性、高电导性等优异物理和化学性质。
因此,石墨烯在电子学、催化、生物医学等多个领域都有广泛的应用前景。
关键词:石墨烯,制备方法,性能分析1. 石墨烯的制备方法1.1 机械剥离法机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法之一,其原理是利用机械力将石墨表面的单层碳原子剥离下来得到石墨烯。
这种方法简单易行,但生产效率较低,且难以控制石墨烯的大小和形状。
1.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种将气体中的碳源沉积在衬底上生成石墨烯的方法。
该方法生产效率高,能够大规模制备石墨烯,但需要特殊的沉积设备,且产生的石墨烯数量受衬底材料的限制。
1.3 电化学法电化学法是利用电化学反应在石墨表面生成石墨烯。
这种方法操作简单易行,但还有待于进一步的研究改进。
2. 石墨烯的性能分析2.1 强度和硬度石墨烯具有极高的机械强度和硬度,其强度是钢的200倍以上,硬度是金刚石的2倍以上。
2.2 电子学性质石墨烯具有优异的电子学性质,电子迁移率高达10000cm2/Vs,使其在半导体、传感器等领域有广泛应用。
2.3 光学性质石墨烯在可见光到红外光谱范围内具有吸收率极高的特性,可用于太阳能电池和光伏电池等领域。
3. 结论从以上分析可知,石墨烯具有出色的物理和化学性质,且在多个领域都有广泛应用前景。
不同的制备方法具有各自的特点,需根据应用需求进行选择。
我们的研究结果有助于促进石墨烯的应用和发展。
《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》
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《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展,石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,因其独特的物理、化学性质,近年来在科学界引起了广泛的关注。
其优异的导电性、高强度、高热导率等特性使得石墨烯在复合材料领域有着巨大的应用潜力。
然而,纯石墨烯的应用往往受到其制备成本高、产量低以及难以实现规模化生产等问题的限制。
因此,改性石墨烯的制备及其在复合材料中的应用成为了研究的重要方向。
二、石墨烯的制备石墨烯的制备主要采用化学气相沉积法、氧化还原法以及液相剥离法等方法。
其中,氧化还原法因其原料易得、制备工艺简单等优点被广泛应用。
首先,通过强酸、强氧化剂对天然石墨进行氧化处理,得到氧化石墨;然后,通过一定的还原手段,如热还原、化学还原等,将氧化石墨还原为石墨烯。
此外,液相剥离法是利用液相中的剥离剂将天然石墨剥离成单层或几层的石墨烯片层。
三、改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过物理或化学方法对石墨烯进行表面修饰或掺杂,以提高其分散性、稳定性及与其他材料的相容性。
常见的改性方法包括共价改性和非共价改性。
共价改性是通过引入官能团或化学键对石墨烯进行修饰;非共价改性则是利用分子间的相互作用力,如范德华力、氢键等,将其他分子吸附在石墨烯表面。
四、改性石墨烯在复合材料中的应用改性石墨烯在复合材料中的应用广泛,特别是在导电、导热、电磁屏蔽等领域。
首先,在导电复合材料中,改性石墨烯因其优异的导电性能和良好的分散性,可显著提高复合材料的导电性能。
其次,在导热复合材料中,改性石墨烯的高热导率使其成为提高复合材料导热性能的理想选择。
此外,改性石墨烯还具有优异的电磁屏蔽性能,可广泛应用于电磁屏蔽材料的制备。
五、研究展望未来,随着纳米科技的进一步发展,石墨烯及改性石墨烯在复合材料中的应用将更加广泛。
首先,需要进一步研究石墨烯及改性石墨烯的制备工艺,提高其产量和降低生产成本,以实现规模化生产。
其次,需要深入研究改性石墨烯的物理、化学性质及其与基体的相互作用机制,以提高其在复合材料中的性能和应用效果。
《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》
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《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言随着科技的不断进步,石墨烯作为一种新型的二维材料,以其出色的物理、化学和机械性能引起了全球研究者的广泛关注。
在材料科学、能源、电子等领域中,石墨烯的制备及其在复合材料中的应用研究已成为前沿课题。
本文将重点探讨石墨烯与改性石墨烯的制备方法,以及它们在复合材料中的应用研究。
二、石墨烯与改性石墨烯的制备1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
其中,氧化还原法因成本低、操作简便等优点得到了广泛应用。
该方法主要是通过氧化石墨得到氧化石墨烯,再通过还原剂如水合肼、维生素C等将其还原为石墨烯。
2. 改性石墨烯的制备改性石墨烯主要是通过化学、物理或生物方法对石墨烯进行表面修饰或功能化,以提高其性能。
常见的改性方法包括非共价修饰和共价修饰。
非共价修饰主要利用范德华力或π-π堆积等相互作用将分子吸附在石墨烯表面;共价修饰则通过引入官能团等方式对石墨烯进行化学改性。
三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用1. 能源领域应用石墨烯因其优异的导电性、导热性和机械性能,被广泛应用于能源领域。
例如,石墨烯可以用于制备高性能的锂离子电池和超级电容器,还可以用于制备高效的太阳能电池等。
而改性石墨烯由于具有更好的分散性和与其他材料的相容性,能进一步提高复合材料的性能。
2. 材料科学领域应用在材料科学领域,石墨烯和改性石墨烯可以用于制备高强度、高韧性的复合材料。
例如,将石墨烯与聚合物基材复合,可以显著提高聚合物的力学性能、热稳定性和导电性。
此外,改性石墨烯还可以用于制备具有特殊功能的复合材料,如磁性复合材料、光敏复合材料等。
3. 生物医学领域应用石墨烯和改性石墨烯在生物医学领域也具有广泛的应用前景。
例如,利用其优异的生物相容性和导电性,可以将其用于制备生物传感器、药物载体等。
此外,改性石墨烯还可以用于改善生物材料的表面性能,如抗菌性能、抗凝血性能等。
石墨烯基复合材料的制备与性能研究
![石墨烯基复合材料的制备与性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/9ad679b7f80f76c66137ee06eff9aef8941e4816.png)
石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体,具有极高的强度、导电性和导热性。
在过去的几年里,石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。
为了进一步发展石墨烯的应用,研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合,形成石墨烯基复合材料。
这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。
本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。
该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源,使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。
石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行,如铜、镍等。
CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。
2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。
通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物,然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力,将石墨从衬底上剥离,最终得到石墨烯。
这种方法能够制备出大面积的石墨烯,并且使用简便、成本较低。
3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。
首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯,然后通过还原处理,还原为石墨烯。
该方法可以在实验室条件下进行,操作简单方便。
然而,由于氧化石墨烯的导电性较差,所得石墨烯的质量较低。
二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能,其强度和刚度超过大多数材料。
石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。
研究表明,合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。
2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能,可以用作电极材料、导电填料等。
石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色,可以用于制备柔性电子器件、传感器等。
3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K),石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。
石墨烯能够显著提高基体材料的热导率,因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。
《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》
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《石墨烯与改性石墨烯的制备及其在复合材料中应用研究》一、引言石墨烯作为新一代纳米材料,自2004年发现以来就因其卓越的电、热、力学等特性在科学领域引起了广泛关注。
随着制备技术的不断进步,改性石墨烯也因其独特的性能在复合材料中得到了广泛应用。
本文将详细介绍石墨烯与改性石墨烯的制备方法,并探讨其在复合材料中的应用研究。
二、石墨烯与改性石墨烯的制备(一)石墨烯的制备目前,制备石墨烯的主要方法包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法等。
其中,氧化还原法因其成本低、产量大、工艺简单等优点成为主流制备方法。
该方法主要通过化学氧化处理天然石墨,获得氧化石墨烯,再通过还原过程获得石墨烯。
(二)改性石墨烯的制备改性石墨烯是在石墨烯的基础上,通过引入其他元素或基团来改变其表面性质和结构。
常见的改性方法包括共价改性和非共价改性。
共价改性主要通过化学键合引入其他原子或基团,而非共价改性则主要通过物理吸附或相互作用来改变石墨烯的表面性质。
三、石墨烯与改性石墨烯在复合材料中的应用(一)在聚合物复合材料中的应用石墨烯和改性石墨烯因其优异的导电、导热和力学性能,在聚合物复合材料中具有广泛应用。
例如,通过添加石墨烯或改性石墨烯可以显著提高聚合物的导电性能、导热性能和力学性能。
此外,还可以通过调整石墨烯或改性石墨烯的尺寸、形状和分布来优化复合材料的性能。
(二)在金属基复合材料中的应用在金属基复合材料中,石墨烯和改性石墨烯可以作为增强相,提高金属基体的强度和韧性。
此外,它们还可以改善金属基体的导电性能和抗腐蚀性能。
通过调整石墨烯或改性石墨烯的含量和分布,可以实现对金属基复合材料性能的精确调控。
(三)在陶瓷基复合材料中的应用陶瓷基复合材料因其优异的耐高温性能和化学稳定性在航空航天等领域具有广泛应用。
通过添加石墨烯或改性石墨烯,可以显著提高陶瓷基复合材料的韧性、抗冲击性能和导热性能。
此外,它们还可以改善陶瓷基体的加工性能,降低生产成本。
石墨烯的制备、表征及石墨烯氧化锌光催化剂的制备与性能研究
![石墨烯的制备、表征及石墨烯氧化锌光催化剂的制备与性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/355a36b37cd184254a35350f.png)
摘要石墨烯的制备、表征及石墨烯/氧化锌光催化剂的制备与性能研究石墨烯(Graphene,GR)自从2004年被发现以来,因其理想的二维晶体结构和独特的物理性能而成为研究的热点。
目前,石墨烯的制备方法主要有:微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)溶液还原法。
与其它方法相比,氧化石墨烯溶液还原法具有高产量、低成本和可规模化制备等特点,有望成为规模化制备石墨烯的有效途径之一。
然而在还原过程中常采用的还原剂肼和水合肼具有易爆炸性和强毒性,易对环境造成危害。
因此,需要发现一种环境友好、温和且有效的方法来实现化学还原氧化石墨烯(Chemically Reduced Graphene Oxide,CRGO)的批量制备。
氧化锌(ZnO)因其无毒、成本低等优点被广泛应用于光催化的研究。
氧化锌光催化剂光生电子-空穴对的快速复合是氧化锌光催化性能的主要限制因素之一,而石墨烯归因于其良好的电子传输性能和巨大的比表面积,使其成为氧化锌复合改性的理想材料。
本论文的研究内容及结果如下:(1)通过简化的Hummers 法,改进的Hummers 法,加压氧化法三种不同方法制备出了氧化石墨烯。
利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM) 、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)对其化学组成和形貌进行了表征和分析。
结果表明改进的Hummers 方法制备出的氧化石墨烯的具有较高的氧化程度。
(2)在水溶液中,采用具有较强还原能力和环境友好的还原剂腐植酸钠(Sodium Humate, SH)将氧化石墨烯的含氧基团成功移除,制备出稳定均匀的化学还原氧化石墨烯悬浮溶液,碳氧原子比达到3.78。
这种制备方法不仅避免了有毒有害的还原剂以及表面活性剂等的添加和使用,也为化学还原氧化石墨烯的批量制备提供了一种简单且环境友好的方法。
(3)通过水热制备出石墨烯/氮掺杂氧化锌复合光催化材料,最佳的制备条件是氮掺杂量为0.4 g,氧化石墨烯和氮掺杂氧化锌的质量比为5%,水热温度为120 °C。
在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法[发明专利]
![在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/09e3c1016294dd88d1d26b1f.png)
专利名称:在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法
专利类型:发明专利
发明人:郭辉,吕晋军,张玉明,张克基,邓鹏飞,雷天民申请号:CN201210007685.3
申请日:20120103
公开号:CN102560414A
公开日:
20120711
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法,主要解决现有技术中制备的石墨烯面积小、层数不均匀的问题。
本发明采用在4-12英寸的Si衬底基片上先生长一层碳化层作为过渡,然后在温度为1150℃-1300℃下进行3C-SiC异质外延薄膜的生长,生长气源为CH和SiH,然后将3C-SiC在800-1000℃下与气态CCl反应,生成双层碳膜,再在Ar气中温度为1000-1100℃下退火10-20min生成双层石墨烯。
本发明具有双层石墨烯面积大,表面光滑,孔隙率低的优点,可用于对气体和液体的密封。
申请人:西安电子科技大学
地址:710071 陕西省西安市西安市太白南路2号
国籍:CN
代理机构:陕西电子工业专利中心
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SiC表面高温改性法生成石墨烯研究
![SiC表面高温改性法生成石墨烯研究](https://img.taocdn.com/s3/m/0d03267f1711cc7931b7161e.png)
8科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2012 NO.02Science and Technology Innovation Herald研 究 报 告石墨烯具有高迁移率等优良的电学性质[1],然而其制备却是个难题。
SiC高温表面改性法因其生长出的石墨烯质量较高且可以直接通过光刻在SiC衬底上制作器件,被认为是目前最有希望大规模制备高质量石墨烯的方法之一。
之前的报道大多采用在真空环境下表面高温改性生成石墨烯的工艺,其问题在于很难生长成为大范围且均匀的石墨烯[2,3]。
本文采取氩气气氛下石墨烯高温表面改性生长法,通过调整氩气的气压,控制Si原子蒸发的速率,通过调整温度,提升C原子的活性,从而使石墨烯生长的质量明显得到提高,并在2寸的范围内都观测到了石墨烯的拉曼信号。
1 试验本文采用的SiC样品为中国电子科技集团公司第四十六研究所研制高质量半绝缘(0001)晶向的2寸4H-SiC抛光片。
该晶片切割下来之后,经历了研磨,抛光等工序,将晶片表面的粗糙度降到了0.2nm以下。
最后经过化学清洗除去表面残留的硅溶胶,金属离子和有机沾污等等。
本实验采用的是高温PVT生长炉。
将实验片放入石墨坩埚之中,先通入1:20的H2和氩气的混合气,同时升温到1650℃并恒温30分钟,目的是除去研磨抛光过程中带来的机械损伤[4]。
再降温至1200℃,抽真空。
在真空状态下,温度高于970℃时,表面的氧化物会受热分解为SiO气体而被除去。
最后,通入氩气,在氩气的气氛中分别加热到1800℃,1850℃,1900℃,1950℃和2000℃然后降温取出后,分别编号为1,2,3,4,5号晶片。
2 试验结果检测目前石墨烯检测的检测手段多种多样,如AFM,HRTEM,RAMAN,俄歇等等。
这些检测手段各有各的特点。
我们设计了一初步的石墨烯检测流程,可较全面的反映石墨烯样品的各个方面的信息。
石墨烯的制备
![石墨烯的制备](https://img.taocdn.com/s3/m/e0151a185b8102d276a20029bd64783e09127dce.png)
石墨烯的制备
石墨烯的制备如下:
1、微机械剥离法
方法: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”。
缺点:产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,不能满足工业化需求。
2、外延生长法
方法: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。
缺点:对制备所需的sic晶面要求极高,而且在sic上生长的石墨烯难以剥离。
3、化学气相沉积法(CVD法)
方法:将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底表面,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。
缺点:制备所需条件苛刻,需要高温高真空。
成本高,生长完成后需要腐蚀铜箔的到石墨烯。
4、氧化还原法
方法: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。
缺点:化学反应程度很难控制,反应不完全的情况下会有大量杂质。
cvd石墨烯的制备与转移
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cvd石墨烯的制备与转移CVD石墨烯的制备与转移引言:石墨烯作为一种二维材料,具有优异的电学、热学和力学性能,在电子器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
其中,化学气相沉积(CVD)是一种常用的制备方法,可以在金属衬底上快速高效地合成大面积的石墨烯薄膜。
本文将重点介绍CVD石墨烯的制备过程以及转移技术。
一、CVD石墨烯的制备过程1. 基本原理CVD石墨烯的制备是通过在高温环境下使碳源气体分解生成石墨烯,并在金属衬底表面沉积形成薄膜。
常用的碳源气体有甲烷、乙烯等。
在高温条件下,碳源气体分解生成碳原子,然后在金属表面进行扩散和聚合,最终形成石墨烯结构。
2. 制备步骤(1)准备金属衬底:常用的金属衬底有镍、铜等。
首先需要对金属衬底进行表面处理,以提高石墨烯的生长质量。
(2)预处理:将金属衬底放入热处理炉中,在惰性气氛下进行退火处理,去除表面氧化物等杂质。
(3)生长条件设置:将处理后的金属衬底放入石墨炉中,加热到适当的温度。
同时,通过注入碳源气体和惰性气氛来控制反应气氛。
(4)生长时间控制:根据需要得到的石墨烯薄膜厚度,控制反应时间。
一般情况下,生长时间越长,石墨烯的厚度越大。
(5)冷却处理:将反应结束后的金属衬底冷却至室温,取出即可得到CVD生长的石墨烯。
二、CVD石墨烯的转移技术将CVD生长的石墨烯从金属衬底上转移到目标衬底上是进行后续器件制备的关键步骤。
常用的转移技术有机械剥离法、热释放法和湿法转移法。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被采用的一种石墨烯转移技术。
通过在石墨烯上涂覆一层粘性较弱的聚合物,然后用胶带或支撑材料将石墨烯剥离下来,再将其转移到目标衬底上。
这种方法操作简单,但对石墨烯的质量和完整性要求较高。
2. 热释放法热释放法通过在金属衬底上生长一层较厚的二硫化钼(MoS2)薄膜,然后通过加热使MoS2与金属衬底分离,从而将石墨烯转移到目标衬底上。
这种方法相对较容易实现,但需要使用高温来实现MoS2与金属衬底的分离。
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最坚硬 、 最有韧性的物质( 其杨氏模量可以达到 1 000 GPa 以 上[4] ) , 具有很高的结晶度和稳定 性
[5] [6] , 热导率可接近 甚 至 超 过 钻 石 。 石 墨 烯 具 有 *
2
衬底表面制备石墨烯的实验研究
可用 作 石 墨 烯 衬 底 的 材 料 种 类 很 多, 粗略分类
迅速成为了物理学 、 化学和材料学等领 良物理性质, 域的研究 热 点
[2 , 3]
, 其中最引人注意的便是它在纳
电子器件中的应用前景 。 石墨烯为六角晶格整齐排 布的二维周期蜂窝 状 结 构, 它是构成其他石墨材料 可以翘曲成富勒烯, 卷成碳纳米管或堆 的基本单元, 垛成石墨
[2]
。 石墨烯 是 当 前 世 界 上 已 发 现 的 最 薄 、
综述了近几年来衬底上制备石墨烯的相关实验以及衬底与石墨烯相互作用研 究 的 重 要 进 展 。 目 前, 采用化 学气相沉积 、 外延生长等方法可在衬底表面上制备出较大面积 、 高质量的石墨烯材料 。 衬底与石墨烯相互作 用和界面间晶格匹配 、 原子成键及电荷转移等密切相关, 其对吸附石墨烯的几何 结 构 、 能带结构及电子特性 指导衬底上石墨烯制备 等产生明显影响 。 实验与理论计算的结合可望加深衬底与石墨烯作用机理的理 解 , 及改性的进一步研究 。 关键词 石墨烯 衬底 制备 作用机理 能带 改性 281X ( 2012 ) 04051211 文章编号: 1005中图分类号: O613. 71 ; O649. 4 文献标识码: A
drawn great interests due to its unique properties , including high mechanical strength , outstanding conductivity ,high coefficient of thermal conductivity ,etc. It is significant to manufacture large-scale and high-quality graphene on various substrates for the study of the characteristics of graphene and the research of the nano-devices basing on graphene. This paper selectively reviews recent experiment advances in graphene made on different substrates , SiC , SiO 2 , Cu , Ni , Co , Ru , for instance. Nowadays ,we can obtain large area of high quality graphene by using different methods ,such as CVD , epitaxial growth ,mechanical separation ,etc. We can manufacture graphene on nonmetals including SiC , GaAs ,SiO 2 ,and metals covering Cu ,Ni ,Co ,Ru ,Au ,Ag ,etc. This article especially reviews the interaction between the graphene and the substrates. The mechanism of interaction is closely related to the mismatch of the lattice ,weakness of the bonds ,the transformation of the electrons between the few layer graphene and substrates. Also ,the interaction between them has great influences on geometry , energy band ,and coefficient of thermal conductivity ,phonon dispersion ,optical waveguide performances and the properties of electrons of the graphene. The combination of the experiment and the calculation ( such as density functional theory , tight-binding method , molecular dynamics simulation , etc. ) can make a deeper understanding of the mechanism of the effects between graphene and different substrates , which can be served as a guide for further study. Key words graphene ; substrate ; preparation ; effects ; energy band ; modification
Preparation and Modification of Graphene on Substrate
Tian Yuan Zhao Qianying Hu Jing Zhou Chen Miao Ling * * Jiang Jianjun
( Department of Electronic Science and Technology ,Huazhong University of Science & Technology , Wuhan 430074 ,China ) Abstract Since the successful isolation of the single atomic layer of graphite in 2004 ,graphene has
[9] transistor ) 的制作, 并制备 出 晶 体 管 原 型 器 件 。 石
墨烯双极场效应明显, 通过栅电压调制, 载流子可以 载流子浓度 n 可 在电子和空穴之间连 续 性 的 过 渡, 达到 10 理吸 附
13
cm - 2 。 当 石 墨 烯 通 过 化 学 修 饰[10 — 12] 、 物 或切割成石墨烯纳米带
[16 — 22]
[13 — 15]
时, 可调
控其电子结构及带隙以拓宽其应用领域 。 基于 石 墨 烯 诸 多 良 好 性 质, 石墨烯材料在很多 领域中有极 大 应 用 前 景
[23]
, 高 质 量、 大尺寸石墨烯
[3]
材料的可控制备, 对开展石墨烯本征物理特性及其 都具有重要的科学与技术上的价值 应用研究, 目前, 制作石墨烯的方法主要有: 微机械剥离法 晶体外延生长法 积法 法
[41]
。晶体外延生长
法和过渡金属催化的化学气相沉积法有比较好的制 可获得较 大 面 积 、 高 质 量 的 石 墨 烯, 但是石 备效果, 墨烯的生长机理仍未完全探明 。
[1]
1
引言
2004 年发现石墨烯后 , 由于其独一无二的优
石墨烯与衬底的相互作用对其制备生长及各种 非 常 有 必 要 对 其 深 入 研 究。这 性质影响非常明 显, 大面积石墨烯的方 不仅对探求更好的 制 备 高 质 量 、 法, 还是有选择的优 化 改 性 石 墨 烯 性 质 以 适 用 于 各 领域, 都显得格 外 重 要 。 本 文 将 着 重 从 以 下 三 方 面 来介绍相关 领 域 的 研 究 进 展: ( 1 ) 在 衬 底 表 面 上 制 备石墨烯的最新实 验 研 究; ( 2 ) 石 墨 烯 与 不 同 衬 底 的作用机理; ( 3 ) 衬底对石墨烯的改性作用的带 π 电子和导带 π 电子相 交于费米能级
[7]
。 能带 交 叠 点 附 近, 电子由于受到
SiO 2 、 GaAs 等) 和金属类 为非金属类衬底( 包括 SiC 、 Ni 、 Co 、 Ru 、 Au 、 Ag 等 ) 。 实 际 上, 衬底 ( 包 括 Cu 、 石 墨烯衬底的分类并没有明确的界限 。 目前已经从单 一种类物质作衬底过渡到由多种物质在结构上或者 且获得 性质上相互配合形 成 掺 杂 衬 底 或 多 层 衬 底, 了良好的效果 。 但由于非金属类与金属类的衬底表 面和石墨烯的作用 机 理 差 别 明 显, 因此为便于研究 将衬底分为以上两类 。 2. 1 石墨烯在非金属衬底上生长 由于 SiC 和 SiO 2 衬 底 材 料 可 以 利 用 微 电 子 领
第 24 卷 第 4 期 2012 年 4 月
化
学
进
展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol. 24 No. 4 Apr. ,2012
衬底上石墨烯制备及改性研究
田 圆 赵倩莹 胡 靖 周 辰 缪 灵
**
*
江建军
( 华中科技大学电子科学与技术系 摘 要
武汉 430074 )
大面积高质量石墨烯的制备对石墨烯电子特性及石墨烯基纳器件相关研究有重要意义 。 本文
1 2 2. 1 2. 2 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 4 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 5 Introduction Experiment progresses of manufacturing graphene on various substrates Developing graphene on nonmetal substrates Developing grephene on metal substrates Interactions between graphene and substrates Interactions between graphene and nonmetal substrates Interaction substrates Role of metal steps Interactions between few layers graphene and substrates Modification of graphene by substrates Effects on geometry of graphene Effects on bandgap of graphene Effects on thermal conductivity Other effects Outlook between graphene and metal