MS中石墨烯构建方法
石墨烯常用制备方法
石墨烯常用制备方法石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有极高的导电性、热导率和机械强度，因此在电子学、光电子学、能源储存等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍石墨烯的常用制备方法。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被发现的石墨烯制备方法之一，也是最简单的方法之一。
该方法的原理是通过机械剥离的方式将石墨材料剥离成单层石墨烯。
具体操作方法是将石墨材料放置在硅基底上，然后用胶带反复粘贴和剥离，直到得到单层石墨烯。
这种方法的优点是简单易行，但是制备的石墨烯质量较差，且产量低。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在基底上生长石墨烯的方法。
该方法的原理是将石墨材料放置在高温下，使其分解成碳原子，然后在基底上沉积成石墨烯。
具体操作方法是将石墨材料放置在石英管中，然后将氢气和甲烷气体通入管中，使其在高温下反应生成石墨烯。
这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，但是设备成本较高。
3. 化学还原法化学还原法是一种通过还原氧化石墨材料制备石墨烯的方法。
该方法的原理是将氧化石墨材料放置在还原剂中，使其还原成石墨烯。
具体操作方法是将氧化石墨材料放置在还原剂中，如氢气、氨气等，然后在高温下反应生成石墨烯。
这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，且产量较高，但是还原剂的选择和操作条件对制备的石墨烯质量有很大影响。
4. 液相剥离法液相剥离法是一种通过液相剥离的方式制备石墨烯的方法。
该方法的原理是将石墨材料放置在液体中，然后通过超声波或机械剥离的方式将其剥离成单层石墨烯。
具体操作方法是将石墨材料放置在液体中，如水、有机溶剂等，然后通过超声波或机械剥离的方式将其剥离成单层石墨烯。
这种方法的优点是制备的石墨烯质量高，且操作简单，但是产量较低。
石墨烯的制备方法有很多种，每种方法都有其优缺点。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的制备方法。
随着石墨烯制备技术的不断发展，相信未来石墨烯的制备方法会越来越多样化，也会越来越成熟。
论石墨烯的制备方法
论石墨烯的制备方法石墨烯是由碳原子形成的二维晶体结构，在材料科学和纳米技术等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯的制备方法主要包括机械剥离、化学气相沉积和化学物质还原法等几种。
机械剥离是在石墨材料表面使用胶带等粘性材料进行剥离的方法。
这种方法最早被用来制备石墨烯，但局限性很大，因为它只适用于小尺寸的石墨烯片，且剥离过程难以控制。
不过，这种方法可以用于单层石墨烯的制备。
化学气相沉积是一种将石墨烯生长在金属衬底上的方法。
在这种方法中，常用的衬底材料有铜、镍等。
将金属衬底放入高温炉中，加热至大约1000摄氏度。
然后，将甲烷等碳源气体引入炉中，气体分解产生碳原子。
这些碳原子会沉积在金属衬底上，形成多层石墨烯。
接下来，通过氨气等还原剂去除多层石墨烯，最终得到单层石墨烯。
化学物质还原法是一种使用化学还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯的方法。
氧化石墨烯是一种将氧原子引入石墨烯晶格中的材料。
将氧化石墨烯悬浮于含有还原剂的溶液中。
然后，通过对溶液进行加热或超声处理等方法激活还原剂，使其与氧化石墨烯反应。
在还原的过程中，氧原子从石墨烯晶格中剥离出来，还原为石墨烯。
这种方法可以大规模制备石墨烯，但产物中常存在一定数量的缺陷。
除了上述方法外，还有一些其他的石墨烯制备方法，如化学氧化-机械剥离法、溶液剥离法、等离子体剥离法等。
每种方法都有其优缺点和适用范围，根据不同的需求可以选择合适的制备方法。
石墨烯的制备方法多种多样，机械剥离、化学气相沉积和化学物质还原法是较为常用的几种方法。
这些方法可根据需要选择，用于制备不同形态和规模的石墨烯材料。
随着石墨烯制备技术的不断改进和创新，相信将有更多高效、低成本的制备方法被提出和应用。
石墨烯合成方法的总结
石墨烯合成方法的总结一、化学分散方法（1）氧化石墨的制备：将一定量的石墨粉加入含有适量浓硫酸的大烧杯中，温度控制在0℃，在烧杯中加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，反应完全以后，在35℃的恒温水浴中保温30Min ，加入适量的蒸馏水稀释，稀释以后加入5%的双氧水趁热过滤，滤饼用稀盐酸洗涤数次，真空干燥。
石墨粉H 2SO 4NaNO 3KMnO 40℃35℃保温30M in H 2O 2过滤干燥GO（2）石墨烯的制备：将一定量的氧化石墨（GO ）和水以适当的比例加入三口烧瓶中，得到黄褐色的分散液。
超声分散液直至溶液无明显的颗粒存在，然后再在三口烧瓶中加入适量的肼，在在1 0 0℃油浴中回流2 4 h ，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、洗涤（水和乙醇数次）烘干即得石墨烯。
GO 2黄褐色分散液超声无颗粒存在N 2H 4100℃ 24h 过滤洗涤干燥石墨烯二、化学气象沉积方法碳氢化合物(CH 4)气体可以在过渡金属镍（Ni ）的表面生长石墨烯薄片。
其具体过程如下：用电子束蒸发的方法在SiO 2/Si 衬底上沉积一层厚度小于300nm 的Ni 薄膜，然后将样品放入石英管中，通入Ar 进行保护，加热至1000℃，然后通入甲烷、氢气和氩气的混合反应气体，最后利用氩气使样品以10℃/s 的速率快速的降到室温。
降温的速率对于抑制更多层碳薄膜的形成以及对后续石墨烯从衬底上的分离起着很关键的作用。
石墨烯薄片的转移：（1） 利用聚二甲基硅氧烷（PDMS ）印章贴在生长了石墨烯薄片的Ni 衬底上.然后用FeCl 3或者是HNO 3腐蚀掉Ni 基质，从而可以使石墨烯附着PDMS 上，在把PDMS 印压在其它的衬底上，撕掉PDMS ，最终可以成功的将石墨烯转移。
（2） 利用FeCl 3将Ni 衬底在适当的PH 值下进行腐蚀，片刻以后，石墨烯薄膜将悬浮在溶液中。
再将此石墨烯转移到其他的衬底上，用HF 溶液腐蚀掉SiO 2/Si 即可得到石墨烯薄膜.三、取向附生法取向附生法则是利用生长基质的原子结构“种”出石墨烯，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碳层的特性。
论石墨烯的制备方法
论石墨烯的制备方法石墨烯是由碳原子构成的二维薄片材料，具有很多特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于电子学、能源储存、传感器和生物医学等领域。
石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、化学氧化还原法、溶剂剥离法及化学气液沉积法等。
下面将就这些制备方法进行详细介绍。
机械剥离法是最早被发现和广泛应用的制备石墨烯的方法之一。
这种方法首先通过机械剥离或剥离胶带等方式，将石墨晶体剥离成单层的石墨烯薄片。
虽然这种方法简单易行，但对石墨晶体的质量要求较高，并且生产规模较小，实用性较差。
化学气相沉积法是目前应用最广泛的石墨烯制备方法之一。
该方法通过将石墨基底置于所需的沉积气体中，在高温下进行石墨烯的生长。
这种方法的优点是可以在大面积上制备高质量的石墨烯，并且可以控制石墨烯的层数。
该方法需要高温、昂贵的设备和复杂的工艺流程，因此不适合大规模生产。
化学氧化还原法是通过将石墨氧化成氧化石墨烯，然后再还原成石墨烯的方法。
这种方法的优点是原料易得，并且可以制备大面积的石墨烯薄片。
该方法中的氧化步骤容易引入杂质，同时还原步骤对环境有一定的污染，因此对于一些特殊应用领域比较受限制。
溶剂剥离法是通过溶剂的作用将石墨氧化剥离成石墨烯的方法。
该方法的优点是工艺简单，可以制备大质量的石墨烯，并且可以与其他材料复合，形成功能性复合材料。
剥离过程中容易引入溶剂残留物和杂质，需要进一步的处理步骤。
石墨烯的制备方法涵盖了机械剥离法、化学气相沉积法、化学氧化还原法、溶剂剥离法和化学气液沉积法等多个方面，每种方法都有其适用的场景和优缺点。
随着石墨烯技术的不断发展，相信制备方法会越来越多样化，更加符合实际应用需求。
石墨烯的制备方法和物理性质
石墨烯的制备方法和物理性质石墨烯是一种由碳原子构成的单层平面晶体材料，具有极高的强度、导电性、热传导性和柔韧性等优异性能，在材料科学和纳米技术领域受到广泛的研究和应用。
本文将介绍石墨烯的制备方法和物理性质，以及在材料科学和纳米技术领域的应用前景。
石墨烯的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是最早被报道的石墨烯制备方法之一，它利用石墨的层状结构，在硅衬底上加工磨砂纸，使碳原子分层剥离并转移到硅衬底上。
这种方法简单易行，可以制备出大面积、厚薄均匀的石墨烯，但缺点是产率低、成本高、无法控制石墨烯的尺寸和形状等。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种高效、可控的石墨烯制备方法。
该方法利用高温下的催化剂，将气态前体分子（如甲烷、乙烯等）在金属表面上沉积并裂解，生成碳原子层状沉积在金属表面上，形成石墨烯。
该方法可以制备出高质量、大面积、走向统一的石墨烯，但需要高温反应条件，需要复杂的仪器设备和专业的操作技能。
3. 化学还原法化学还原法是一种以氧化石墨为前体，通过化学还原还原成石墨烯的方法。
该方法简单易行、操作方便，但化学过程中产生的有毒物质对环境和健康有一定危害。
4. 离子注入法离子注入法是一种通过离子注入技术，在石墨上注入高能度离子，使其形成缺陷、空陷、裂纹等，从而剥离出石墨烯的方法。
该方法可以制备出高质量、规模可控的石墨烯，但需要特殊的离子注入设备和专业的技术。
石墨烯的物理性质1. 强度石墨烯具有极高的强度，是目前已知最强的材料之一。
石墨烯是由碳原子单层构成的平面晶体，具有很好的延展性和柔性，在受力时可以自由伸展、收缩或扭曲，而不会断裂或变形。
2. 导电性石墨烯具有极高的导电性，是目前已知最好的导电材料之一。
由于石墨烯具有特殊的层状结构和π电子共轭体系，它的电子可以在单层平面上自由运动，形成二维电子气，导电性能极佳。
3. 热传导性石墨烯具有极高的热传导性，是目前已知最好的热传导材料之一。
由于石墨烯具有特殊的层状结构和强的σ键和π键共轭体系，它的热电子可以在平面内自由传递，热传导性能极佳。
ms计算模拟石墨烯导热系数的方法
有关“ms计算模拟石墨烯导热系数”的方法
石墨烯的导热系数可以通过多种方法计算，其中包括基于声子传输的理论模型和基于非平衡分子动力学（NEMD）的模拟方法。
有关“ms计算模拟石墨烯导热系数”的方法如下：1.基于声子传输的理论模型：石墨烯依靠声子（晶格振动简正模能量量子）进行热传
输，以弹道—扩散方式传递热量。
其导热系数k可以通过公式k=13Cvl得出，其中C 为声子比热，v为声速，l为平均自由程。
在这个模型中，声子比热、声速、平均自由程这三个参数是关键。
由于石墨烯中碳碳之间的共价键强而碳原子质量小，声子具有较高的声速，因此其导热系数大。
但需要注意的是，声子的比热和平均自由程受温度和尺寸影响较大，声子比热随温度的升高而增大。
2.基于非平衡分子动力学（NEMD）的模拟方法：这是一种更为直接的计算石墨烯导热
系数的方法。
它通过计算物质微小分子在温度变化作用下的运动轨迹和速度，进而得出材料的热传导性能。
采用此方法计算得出的石墨烯垂直导热系数约为
(700±50)W/mK，这一结果表明，石墨烯在导热方面表现出了极高的性能。
MS中建立石墨烯模型
为了在VASP中弛豫石墨烯，在MS中建立石墨烯模型
1、打开material studio，新建一个工程，import石墨，在structure/ceramic 中
2、build->make p1（目的是消除对称性，这样才能够删除一层原子）。
3、删除一层原子（选中原子->delete），并移动剩下的原子到中间。
4、构建supercell（方便掺杂，也为了好看）：build->symetry->supercell，构建一个6*6*1的超原胞，这样建立的超胞模型是扶手型。
要建立锯齿状的，在建立supercell之前，build>symmetry>find symmetry,然后impose symmetry，此时只显示两个原子，然后建立supercell，6*6*1
（如果需要supercell是斜六面体，这样就可以了，如果需要矩形，继续下一步）5、修改晶格参数：build->crystal->rebuild crystal，设置方位角和length。
由斜六面体改为矩形首先改方位角，如果只改方位角，会发现周期性边界变化，
所以还要修改length，修改以后变成
6、下面就是需要导出到VASP中
点击castep计算energy，保存file，到相应文件夹下找到graphite (66-cub).cell文件，此文件为隐含文件，打开，把相应的lattice parameter 和坐标拷到POSCAR，就搞定了。
MS中石墨烯构建方法
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石墨烯构建方法导入graphite模型，然后选择build/symmetry/supercell,在弹出的对话框中将”A：1“改成2，确认；然后选择build/crystal/Rebuildcrystal/Latticeparameters,将lenths中的a值改为4.260843，angles中的r值改为90度，确认；删除其中的一层(因为建的是单层石墨烯)，然后选择build/crystal/Rebuildcrystal/Latticeparameters,将lenths中的c值调到10埃以上，然后全选晶胞，将所有键改为partiaDoublebond，优化后（其实可不优化，a=4.2605843是通过ms中给出的graphite模型中原来的a=2.459999算出来的）就能通过build/symmetry/supercell创建超晶胞，构造各种宽度和长度的AgnR,ZgnR超晶胞模型了，接下来自己尝试边缘修饰吧，运用以上的步骤就能搞定了。
（注：边缘修饰后，同一平面上的带间的距离也要控制在10埃以上,基本上可忽略层间和带间的影响）我给出一个简单的办法吧。
看见大家讨论这个问题，我自己都着急了。
1。
建立新的结构文件，设置a=b=2.46044A,其中c为真空层厚度，设置aifa=90baita=90,gama=1202.添加原子坐标，A（0.66667,0.33333,0）b（0.33333，0.66667，0）这就搭建了超单胞，里面含有两个c原子，这就可以根据需要扩展成所需要的结构导入graphite（inthefileofstructure-ceramics),然后build-symmetry-makep1.然后切掉中间一层。
MS两种方法构建的石墨烯储氢性能的模拟计算比较
低维碳纳米材料结构性能及应用云南大学2007级物理系物理学专业刘岩学号20071050175石墨烯是一种由碳原子组成的二维六角点阵结构，具有单一原子层或几个原子层厚,具有比较大的比表面积，有做储氢材料的潜质。
本文主要利用Material-studio软件对石墨烯结构和储氢性能进行了一些研究。
Material-studio里有两种构建石墨烯的方法，但是这两种方法构建的原始晶胞却是不同的，而且，相同体积下，结点个数不同，而且直观的看，二者键型有区别。
为了进行对比，本文将两种模型结构和储氢性能分别在相同条件下进行计算和比较。
两种模型的建立方法：第一种，导入软件内置模型执行file – import –structure –ceramics – graphite.msi，获得双层石墨烯，层间距为0.34nm，将其扩充为6层，选定一层，将其移动到模型正中央，模型厚度为0.68*3nm；第二种方法，建立晶胞，选择模型为第183型，设置参数为2.46、2.46和3.4，然后将碳原子添加进去，设置坐标为0.333、0.667和0.500，获得厚度为0.34nm的晶胞，将其扩充为6层，因此它的厚度与第一种一样。
现在要确定两种模型的结点个数，为使体积接近，分别将其扩充为145和128个结点。
如图，显而易见，第一种模型边沿布满结点，而第二种模型边沿没有结点。
为使模型稳定，对它们初步先进行几何结构优化。
优化以前，键角都是120°键长均为0.142nm。
几何结构优化后，键长和键角均发生了一些轻微变化。
(模型一)(模型二)随后，我们对这两种模型设定在77K、10KPa~100MPa进行储氢性能的模拟计算。
这两幅图为石墨烯吸附了氢以后的剖面图，红色点阵为氢可能分布的位置，通过这两幅图，我们可以看到，氢附着于石墨烯时，其分布呈层状，平行于石墨烯，并与之有一定距离。
下图为77K温度下，石墨烯的两种模型对氢吸附能力随压强（10KPa~10MPa）变化的曲线。
论石墨烯的制备方法
论石墨烯的制备方法石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维晶体材料，具有很高的导电性、热传导性和机械性能，被广泛认为是未来材料科学和技术领域的研究热点之一。
对石墨烯的制备方法的研究一直是科学家们关注的焦点之一，石墨烯的制备方法可以分为机械剥离法、化学气相沉积法、化学气相沉积法、溶液剥离法等多种途径。
下面我们将详细介绍石墨烯的几种制备方法。
一、机械剥离法机械剥离法是一种简单有效的石墨烯制备方法，其原理是通过机械剥离来获得单层石墨烯。
通常使用石墨烯粉末或石墨为原料，首先在石墨表面涂上聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等支撑物质，再使用胶带或剥离装置来剥离石墨层，从而得到单层石墨烯。
机械剥离法制备的石墨烯具有薄厚均匀、结构完整、无氧化物污染等优点，但是其产量较低，制备过程中对设备和技术要求较高，而且所得的石墨烯结构的完整性和质量受到较大影响，因此并不适合大规模生产。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是目前制备石墨烯最常用的方法之一，其原理是利用化学气相反应将碳原子沉积到基底表面形成石墨烯。
在制备过程中，首先在金属基底上沉积一层薄薄的碳原子，再通过退火或化学处理等方式去除金属基底，最终得到石墨烯。
化学气相沉积法制备的石墨烯具有高质量、结构完整、可控性强等优点，可以制备大面积、高质量的石墨烯薄膜，因此被广泛应用于石墨烯材料的研究和产业化生产领域。
三、化学还原法化学还原法是一种利用氧化石墨烯还原制备石墨烯的方法，其原理是将氧化石墨烯还原为石墨烯。
在制备过程中，首先将氧化石墨烯浸泡在还原剂溶液中，再通过化学反应将氧化石墨烯逐渐还原为石墨烯。
化学还原法制备的石墨烯具有工艺简单、成本低、易于实现大规模生产等优点，因此受到了广泛关注，但是其还原程度、结构完整性和杂质控制等方面仍然存在一定的挑战。
四、溶液剥离法溶液剥离法是一种利用有机化合物在溶液中剥离石墨烯的方法，其原理是加入具有剥离作用的有机化合物溶液，通过表面张力和吸附作用将石墨烯剥离至溶液中。
MS中石墨烯构建方法
石墨烯构建方法导入graphite模型，然后选择Build/Symmetry/Supercell,在弹出的对话框中将”A：1“改成2，确认；然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的a值改为4.260843，angles中的r值改为90度，确认；删除其中的一层(因为建的是单层石墨烯)，然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的c值调到10埃以上，然后全选晶胞，将所有键改为Partia Double Bond，优化后（其实可不优化，a=4.2605843是通过MS中给出的graphite模型中原来的a=2.459999算出来的）就能通过Build/Symmetry/Supercell创建超晶胞，构造各种宽度和长度的AGNR,ZGNR超晶胞模型了，接下来自己尝试边缘修饰吧，运用以上的步骤就能搞定了。
（注：边缘修饰后，同一平面上的带间的距离也要控制在10埃以上,基本上可忽略层间和带间的影响）我给出一个简单的办法吧。
看见大家讨论这个问题，我自己都着急了。
1。
建立新的结构文件，设置a=b=2.46044A ,其中C 为真空层厚度，设置aifa=90 baita=90,gama=1202.添加原子坐标，A （0.66667,0.33333,0） B （0.33333 ，0.66667，0）这就搭建了超单胞，里面含有两个C 原子，这就可以根据需要扩展成所需要的结构导入graphite （in the file of structure-ceramics ), 然后build -Symmetry-make P1.然后切掉中间一层。
然后切掉其中一层，将剩下的一层移到c轴中间附近。
bulid-Symmetry-find symmetry-impose symmetry。
MS中石墨烯构建方法
石墨烯构建方法导入graphite模型，然后选择Build/Symmetry/Supercell,在弹出的对话框中将”A：1“改成2，确认；然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的a值改为4.260843，angles中的r值改为90度，确认；删除其中的一层(因为建的是单层石墨烯)，然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的c 值调到10埃以上，然后全选晶胞，将所有键改为Partia Double Bond，优化后（其实可不优化，a=4.2605843是通过MS中给出的graphite模型中原来的a=2.459999算出来的）就能通过Build/Symmetry/Supercell创建超晶胞，构造各种宽度和长度的AGNR,ZGNR超晶胞模型了，接下来自己尝试边缘修饰吧，运用以上的步骤就能搞定了。
（注：边缘修饰后，同一平面上的带间的距离也要控制在10埃以上,基本上可忽略层间和带间的影响）我给出一个简单的办法吧。
看见大家讨论这个问题，我自己都着急了。
1。
建立新的结构文件，设置a=b=2.46044A ,其中C 为真空层厚度，设置aifa=90 baita=90,gama=1202.添加原子坐标，A （0.66667,0.33333,0） B （0.33333 ，0.66667，0）这就搭建了超单胞，里面含有两个C 原子，这就可以根据需要扩展成所需要的结构导入graphite （in the file of structure-ceramics ), 然后build -Symmetry-make P1. 然后切掉中间一层。
然后切掉其中一层，将剩下的一层移到c轴中间附近。
bulid-Symmetry-find symmetry-impose symmetry。
论石墨烯的制备方法
论石墨烯的制备方法石墨烯是现代材料科学领域的一项热门研究课题。
它具有很多独特的物理和化学性质，如极高的比表面积、优异的导电性和热导率、高强度和高透明度等。
因此，开发石墨烯相关技术及应用在材料、电子、能源等领域具有重要意义。
本篇文章将介绍石墨烯的制备方法。
石墨烯的制备方法主要分为机械剥离法、化学气相沉积法、溶液剥离法和电化学剥离法等四种。
机械剥离法是最早也是最简单的制备石墨烯的方法之一。
该方法首先以精密的机械手段将石墨分离成极薄的石墨微层，然后采用显微镜或扫描电子显微镜等手段进行选择性挑选，最后将其转移到目标基底材料上。
这种方法的优点是制备的石墨烯品质较高，但缺点也十分明显，即制备成本较高、制备工艺复杂、制备周期长、制备的石墨烯数量有限。
化学气相沉积法是一种高效、低成本、可扩展生产的制备石墨烯的方法。
主要是通过将石墨或其他碳源（如甲烷、丙烷等）放置于高温反应釜中，通入氢气等气体，使其气相反应，然后在贵金属或碳纤维等载体表面沉积石墨烯。
这种方法的优点是生产效率高，制备的石墨烯质量较好，而且可扩展生产规模较大。
溶液剥离法是通过超声剥离法将石墨通过温和的方法从石墨材料中剥离出来，然后通过离心、过滤等方法通过溶液剥离得到石墨烯。
这种方法可以通过选择不同的溶液和石墨材料来控制制备的石墨烯的质量和尺寸。
溶液剥离法是制备大量且高品质石墨烯的一个很好的途径。
电化学剥离法是一种经典而有效的石墨烯制备方法。
基本上是使用石墨作为阳极，然后通过将其浸入电解质中，在电场的作用下将石墨从阳极上剥离出来。
根据电解质的不同，石墨烯的质量和尺寸可以被调控。
相比较于其他制备方法，电化学剥离法是较为简单、经济的办法，可以制备高质量和大面积的石墨烯材料。
总体而言，目前石墨烯制备方法已经非常多种多样了。
这些方法中能够制备高品质、大面积石墨烯的方法逐渐成熟，但仍需要进行更加深入的研究，以提高石墨烯的效率和降低成本，以及大规模商业化等问题。
随着技术的不断推进，石墨烯有望在许多应用领域发挥其潜力。
石墨烯制作方法
石墨烯制作方法简介石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维结构材料。
它具有出色的导电、导热、机械强度和光学特性，被广泛应用于电子学、光学、能源和材料科学等领域。
本文将介绍石墨烯的几种常用制备方法。
机械剥离法机械剥离法是最早发现的制备石墨烯的方法之一。
它的原理是通过机械剥离的方式从体块石墨中剥离出单层石墨烯。
具体步骤如下：1.准备石墨原料：选择高纯度的石墨作为原料，常用的石墨原料有天然石墨、球墨铸铁等。
2.清洗原料表面：将石墨原料浸泡在稀酸溶液中，清洗掉表面的杂质和氧化物。
3.剥离石墨：用胶带等粘性较强的材料，将表面的石墨进行剥离，直至得到单层石墨烯。
机械剥离法的优点是方法简单易行，可以得到高质量的石墨烯，但剥离效率较低，适用于实验室研究和小规模制备。
化学气相沉积法化学气相沉积法是目前最常用的大规模制备石墨烯的方法之一。
它的原理是在高温条件下，将碳源分子通过热分解等反应形成石墨烯层。
具体步骤如下：1.准备基底材料：选择适当的基底材料，例如铜箔、镍箔等。
2.清洗基底表面：将基底材料浸泡在化学溶液中，清洗掉表面的氧化物和杂质。
3.生成石墨烯：将清洗后的基底置于高温炉中，在惰性气氛下进行热解，使碳源分子形成石墨烯层。
4.传递石墨烯：将石墨烯层转移到目标基底上，可以使用化学溶剂或聚合物膜等方法进行转移。
化学气相沉积法能够高效地制备大面积的石墨烯，但需要控制好反应条件和处理基底表面，以确保石墨烯的质量和结构。
液相剥离法液相剥离法是一种较新的石墨烯制备方法。
它的原理是通过特定的化学反应，在液相条件下将石墨氧化物剥离成石墨烯。
具体步骤如下：1.准备石墨氧化物：将石墨原料浸泡在硫酸等化学溶液中，使其发生氧化反应生成石墨氧化物。
2.剥离石墨烯：在适当条件下，将石墨氧化物进行还原反应，将其剥离成石墨烯。
液相剥离法能够得到高质量的石墨烯，并且可以进行大面积制备。
相比于其他方法，液相剥离法的主要优点是操作简便，适用于工业化生产。
石墨烯制备方法
石墨烯制备方法石墨烯是由碳原子层层叠加成的二维单层晶体结构，具有优异的导电、热传导、机械强度等性质，引起了广泛的研究兴趣和应用前景。
本文将介绍十种常见的石墨烯制备方法，并对其具体原理、优缺点、适用范围等方面进行详细描述。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被用于制备石墨烯的方法之一。
其基本原理是利用粘性较小的胶带或其它材料粘取石墨材料，通过不断剥离得到具有单层结构的石墨烯。
该方法操作简单，无需复杂的仪器设备，但其制备的单层石墨烯规模较小，不利于大规模应用。
2. 化学剥离法化学剥离法是利用氧化剂将多层石墨氧化成石墨烯氧化物，再通过还原剂将其还原成石墨烯的方法。
此方法实现了石墨烯的大规模制备，但其过程中需要使用腐蚀性氧化剂和还原剂，对环境及操作人员都有一定的危害。
3. CVD法化学气相沉积(CVD)法是目前最为常用的石墨烯制备方法之一。
其原理是在铜、镍等金属基底表面上通过热解碳源气体，使其在金属表面上形成石墨烯。
该法的优点是可实现大面积石墨烯制备，操作相对简单，但需要高温反应，生产成本相对较高。
4. 红外激光还原法红外激光还原法是通过用红外激光照射氧化石墨烯氧化物，使其还原成石墨烯的方法。
该方法可以在常温下进行，不需要高温反应，具有高效、快速的优点。
该方法难以控制石墨烯的尺寸和形态，需要对反应中氧化剂等物质进行处理。
5. 化学气相沉积-石墨烯转移法化学气相沉积-石墨烯转移法是将通过CVD法制备的石墨烯在聚丙烯酰胺凝胶表面进行生长，再将其转移到其它基底表面的方法。
该方法可以实现制备大规模、高质量的石墨烯，但转移过程中容易产生褶皱、损伤等问题。
6. 氧化还原法氧化还原法是通过对石墨进行氧化处理，形成氧化石墨烯，再通过还原剂还原成石墨烯的方法。
该方法可以制备大面积石墨烯，但氧化过程可能影响石墨烯的性质。
7. 液相剥离法液相剥离法是利用毛细现象将石墨材料悬浮于溶液中，通过范德华力将单层石墨烯从基底上剥离的方法。
MS中石墨烯构建方法
石墨烯构建方法导入graphite模型，然后选择Build/Symmetry/Supercell,在弹出的对话框中将”A：1“改成2，确认；然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths 中的a值改为4.260843，angles中的r值改为90度，确认；删除其中的一层(因为建的是单层石墨烯)，然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths 中的c值调到10埃以上，然后全选晶胞，将所有键改为Partia Double Bond，优化后（其实可不优化，a=4.2605843是通过MS中给出的graphite模型中原来的a=2.459999算出来的）就能通过Build/Symmetry/Supercell创建超晶胞，构造各种宽度和长度的AGNR,ZGNR 超晶胞模型了，接下来自己尝试边缘修饰吧，运用以上的步骤就能搞定了。
（注：边缘修饰后，同一平面上的带间的距离也要控制在10埃以上,基本上可忽略层间和带间的影响）我给出一个简单的办法吧。
看见大家讨论这个问题，我自己都着急了。
1。
建立新的结构文件，设置a=b=2.46044A ,其中C 为真空层厚度，设置aifa=90 baita=90,gama=1202.添加原子坐标，A （0.66667,0.33333,0） B （0.33333 ，0.66667， 0）这就搭建了超单胞，里面含有两个C 原子，这就可以根据需要扩展成所需要的结构导入graphite （in the file of structure-ceramics ), 然后build -Symmetry-make P1. 然后切掉中间一层。
然后切掉其中一层，将剩下的一层移到c轴中间附近。
bulid-Symmetry-find symmetry-impose symmetry。
石墨烯的化学气相沉积法制备
收稿日期:2010⁃12⁃31; 修回日期:2011⁃02⁃14 基金项目:国家自然科学基金(50872136,50972147,50921004)㊁中国科学院知识创新项目(KJCX 2⁃YW⁃231). 通讯作者:任文才,研究员.E⁃mail :wcren @ ;成会明,研究员.E⁃mail :cheng @ ;高力波.E⁃mail :lbgao @ 作者简介:任文才(1973-),男,山东东营人,博士,研究员,主要研究方向为石墨烯和碳纳米管的制备㊁物性和应用.E⁃mail :wcren @文章编号: 1007⁃8827(2011)01⁃0071⁃10石墨烯的化学气相沉积法制备任文才, 高力波, 马来鹏, 成会明(中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,辽宁沈阳110016)摘 要: 化学气相沉积(CVD )法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高㊁生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法㊂通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法㊁化学剥离法㊁SiC 外延生长法和CVD 方法)的原理和特点,重点从结构控制㊁质量提高以及大面积生长等方面评述了CVD 法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD 法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯㊁石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等㊂关键词: 石墨烯;制备;化学气相沉积法;转移中图分类号: TQ 127.1+1文献标识码: A1 前言自从1985年富勒烯[1]和1991年碳纳米管[2]被发现以来,碳纳米材料的研究一直是材料研究领域的热点,引起了世界各国研究人员的极大兴趣㊂虽然碳的三维(石墨和金刚石)㊁零维(富勒烯)和一维(碳纳米管)同素异形体都相继被发现,但作为二维同素异形体的石墨烯长期以来被认为由于热力学上的不稳定性而难以独立存在,在实验上难以获得足够大的高质量样品,因此石墨烯的研究一直处于理论探索阶段㊂直到2004年,英国曼彻斯特大学的科学家利用胶带剥离高定向热解石墨(HOPG )获得了独立存在的高质量石墨烯[3],并提出了表征石墨烯的光学方法,对其电学性能进行了系统研究,发现石墨烯具有很高的载流子浓度㊁迁移率和亚微米尺度的弹道输运特性,从而掀起了石墨烯研究的热潮㊂石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构,是构成其他维数碳材料的基本结构单元㊂石墨烯可以包覆成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨[4]㊂由于独特的二维结构特征和极佳的晶体学质量,石墨烯的载流子表现出类似于光子的行为,为研究相对论量子力学现象提供了理想的实验平台[5⁃8],此外石墨烯还具有优异的电学[9]㊁光学[10]㊁热学[11]㊁力学[12]等特性,因此在场效应晶体管㊁集成电路㊁单分子探测器㊁透明导电薄膜㊁功能复合材料㊁储能材料㊁催化剂载体等方面有广阔的应用前景[4,7]㊂关于石墨烯的能带结构以及特殊的物理性能,已经在本刊其他评述论文[13]中介绍,本文就不再重复㊂ 材料的制备是研究其性能和探索其应用的前提和基础㊂尽管目前已经有多种制备石墨烯的方法,石墨烯的产量和质量都有了很大程度的提升,极大促进了对石墨烯本征物性和应用的研究,但是如何针对不同的应用实现石墨烯的宏量控制制备,对其质量㊁结构进行调控仍是目前石墨烯研究领域的重要挑战㊂本文首先简要介绍了石墨烯的几种主要制备方法的原理和特点,继而详细地评述了近两年发展起来的化学气相沉积(CVD )制备方法及其相应的石墨烯转移技术的研究进展,并展望了未来CVD 法制备石墨烯的可能发展方向㊂2 石墨烯的主要制备方法胶带剥离法(或微机械剥离法):2004年由英国曼彻斯特大学的Geim 研究组发展的一种制备石墨烯的方法,它利用胶带的粘合力,通过多次粘贴将HOPG ㊁鳞片石墨等层层剥离,然后将带有石墨薄片的胶带粘贴到硅片等目标基体上,最后用丙酮等溶剂去除胶带,从而在硅片等基体上得到单层和少层的石墨烯[3,14]㊂该方法具有过程简单,产物质量高第26卷 第1期2011年2月新 型 炭 材 料NEW CARBON MATERIALSVol.26 No.1Feb.2011的优点,所以被广泛用于石墨烯本征物性的研究,但产量低,难以实现石墨烯的大面积和规模化制备㊂ 化学剥离法:利用氧化反应在石墨层的碳原子上引入官能团,使石墨的层间距增大,从而削弱其层间相互作用,然后通过超声或快速膨胀将氧化石墨层层分离得到氧化石墨烯,最后通过化学还原或高温还原等方法去除含氧官能团得到石墨烯[15⁃16]㊂该方法是目前可以宏量制备石墨烯的有效方法,并且氧化石墨烯可很好地分散在水中㊁易于组装,因此被广泛用于透明导电薄膜㊁复合材料以及储能等宏量应用研究㊂然而,氧化㊁超声以及后续还原往往会造成碳原子的缺失,因此化学剥离方法制备的石墨烯含有较多缺陷㊁导电性差㊂ 碳化硅(SiC)外延生长法:利用硅的高蒸汽压,在高温(通常>1400℃)和超高真空(通常<10-6Pa)条件下使硅原子挥发,剩余的碳原子通过结构重排在SiC表面形成石墨烯层[17]㊂采用该方法可以获得大面积的单层石墨烯,并且质量较高㊂然而,由于单晶SiC的价格昂贵,生长条件苛刻,并且生长出来的石墨烯难于转移,因此该方法制备的石墨烯主要用于以SiC为衬底的石墨烯器件的研究㊂ CVD法:利用甲烷等含碳化合物作为碳源,通过其在基体表面的高温分解生长石墨烯㊂从生长机理上主要可以分为两种(图1所示)[18]:(1)渗碳析碳机制:对于镍等具有较高溶碳量的金属基体,碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内,在降温时再从其内部析出成核,进而生长成石墨烯;(2)表面生长机制:对于铜等具有较低溶碳量的金属基体,高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附于金属表面,进而成核生长成 石墨烯岛”,并通过 石墨烯岛”的二维长大合并得到连续的石墨烯薄膜㊂由于CVD方法制备石墨烯简单易行,所得石墨烯质量很高,可实现大面积生长,而且较易于转移到各种基体上使用,因此该方法被广泛用于制备石墨烯晶体管和透明导电薄膜,目前已逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法㊂3 石墨烯的CVD法制备CVD方法是上世纪60年代发展起来的一种制备高纯度㊁高性能固体材料的化学过程,早期主要用于合金刀具的表面改性,后来被广泛应用于半导体工业中薄膜的制备,如多晶硅和氧化硅膜的沉积㊂近年来,各种纳米材料尤其是碳纳米管㊁氧化锌纳米结构㊁氮化镓纳米线等的制备,进一步推动了CVD图1 CVD法生长石墨烯的(a)渗碳析碳机制与(b)表面生长机制示意图[18]Fig.1 (a)Segregation and/or precipitation mechanism and (b)surface adsorption mechanism of CVD growth of graphene[18]方法的发展[19]㊂ CVD法制备石墨烯早在20世纪70年代就有报道[20⁃21],当时主要采用单晶Ni作为基体,但所制备出的石墨烯主要采用表面科学的方法表征,其质量和连续性等都不清楚㊂随后,人们采用单晶Co㊁Pt㊁Pd㊁Ir㊁Ru等基体[22]在低压和超高真空中也实现了石墨烯的制备㊂但直到2009年初,麻省理工学院的J.Kong研究组[23]与韩国成均馆大学的B.H. Hong研究组[24]才利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体制备出大面积少层石墨烯,并将石墨烯成功地从基体上完整地转移下来,从而掀起了CVD法制备石墨烯的热潮㊂ 石墨烯的CVD生长主要涉及三个方面:碳源㊁生长基体和生长条件(气压㊁载气㊁温度等)㊂ 碳源:目前生长石墨烯的碳源主要是烃类气体,如甲烷(CH4)㊁乙烯(C2H4)㊁乙炔(C2H2)等㊂最近,也有报道使用固体碳源SiC生长石墨烯[25]㊂选择碳源需要考虑的因素主要有烃类气体的分解温度㊁分解速度和分解产物等㊂碳源的选择在很大程度上决定了生长温度,采用等离子体辅助等方法也可降低石墨烯的生长温度㊂ 生长基体:目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜㊂金属主要有Ni[23⁃24,26⁃28]㊁Cu[29⁃34]㊁Ru[35⁃41]以及合金[42]等,选择的主要依据有金属的熔点㊁溶碳量以及是否有稳定的金属碳化物等㊂这些因素决定了石墨烯的生长温度㊁生长机制和使用的载气类型㊂另外,金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长质量㊂除金属基体外,MgO[43]等金属氧化物最近也被用来生长㊃27㊃ 新 型 炭 材 料第26卷石墨烯,但所得石墨烯尺寸较小(纳米级),难以实际应用㊂ 生长条件:从气压的角度可分为常压㊁低压(105Pa~10-3Pa)和超低压(<10-3Pa);据载气类型不同可分为还原性气体(H2)㊁惰性气体(Ar㊁He)以及二者的混合气体;据生长温度不同可分为高温(>800℃)㊁中温(600℃~800℃)和低温(<600℃),主要取决于碳源的分解温度㊂ 下面就上述三个方面着重分析一下目前CVD 法制备石墨烯的主要进展㊂ 石墨烯的CVD法制备最早采用多晶Ni膜作为生长基体㊂麻省理工学院的J.Kong研究组[23]通过电子束沉积的方法,在硅片表面沉积500nm的多晶Ni膜作为生长基体,利用CH4为碳源㊁H2为载气的CVD法生长石墨烯,生长温度为900℃~ 1000℃㊂韩国成均馆大学的B.H.Hong研究组[24]采用类似的CVD法生长石墨烯:生长基体为电子束沉积的300nm的Ni膜,碳源为CH4,生长温度为1000℃,载气为H2和Ar的混合气,降温速度为10℃/s㊂图2为采用该生长条件制备的石墨烯的形貌图㊂由于Ni生长石墨烯遵循渗碳析碳生长机制,因此所得石墨烯的层数分布很大程度上取决于降温速率㊂采用Ni膜作为基体生长石墨烯具有以下特点:石墨烯的晶粒尺寸较小,层数不均一且难以控制,在晶界处往往存在较厚的石墨烯,少层石墨烯呈无序堆叠㊂此外,由于Ni与石墨烯的热膨胀率相差较大,因此降温造成石墨烯的表面含有大量褶皱㊂图2 Ni膜上生长的石墨烯[24].(a)在300nm厚的Ni膜和1mm厚(插图)的镍箔上生长的石墨烯的SEM照片;(b)不同层数石墨烯的TEM 照片;(c)转移到300nm SiO2/Si基体表面的石墨烯的光学显微镜照片,插图给出了石墨烯褶皱的AFM像;(d)与c对应的拉曼光谱面扫描图Fig.2 Graphene grown on Ni films[24].(a)SEM images of as⁃grown graphene films on300nm thick nickel layers and1mm thick Ni foil(inset);(b)TEM images of graphene films of different thicknesses;(c)An optical microscope image of the graphene films transferred to a Si substrate capped with300nm thick SiO2layer,with the inset AFM image showing typical rippled structures;(d)A confocal scanning Raman image corre⁃sponding to c图3 铜箔上生长的石墨烯[29].(a),(b)分别为铜箔上生长的石墨烯的低倍和高倍SEM照片;(c),(d)分别为转移到SiO2/Si基体和玻璃表面的石墨烯[29]Fig.3 Graphene grown on Cu foils[29].(a)Low⁃magnification and(b)high⁃magnification SEM images of graphene grown on Cu foils;(c),(d)The graphene films transferred onto a SiO2/Si substrate and a glass plate,respectively由于采用Ni膜生长的石墨烯存在晶粒尺寸小㊁在晶界处存在多层石墨烯㊁层数难以控制等问题,美国德州大学奥斯汀分校的R.S.Ruoff研究组提出了利用Cu箔生长单层为主的大面积石墨烯[29]㊂他㊃37㊃第1期任文才等:石墨烯的化学气相沉积法制备 们采用CH4为碳源,用25μm厚的铜箔制备出尺寸可达厘米级的石墨烯(图3)㊂与Ni不同,Cu具有较低的溶碳量,石墨烯的生长遵循表面生长机制[18],所得石墨烯中单层石墨烯的含量达95%以上,其余为双层和三层石墨烯㊂他们还发现,单层石墨烯具有大的晶粒尺寸,并可以连续地跨过铜箔表面的台阶和晶界,而其中双层和三层石墨烯的尺寸不会随反应时间的延长而增大㊂韩国成均馆大学的B.H.Hong研究组进一步发展了该方法,他们利用铜箔柔韧可卷曲的特点,将30英寸的铜箔通过卷曲的方式放置到直径为8英寸的CVD反应炉中,结合热释放胶带的连续滚压转移方法制备出30英寸的石墨烯膜,其透光率可达97.4%[31],非常接近于单层石墨烯的97.7%[10]㊂目前大部分以Cu为基体生长石墨烯的研究,均采用了低压(50Pa~5kPa)条件[29⁃31,34],温度在900℃以上,基体为较高纯度的Cu箔(纯度>99%),载气为还原气体H2㊂采用该方法制备石墨烯,由于具有可控性好㊁铜箔价格低廉及易于转移和规模化制备等优点,有望在透明导电薄膜应用方面首先取得突破[31]㊂由于低压CVD对反应设备及体系压力要求高,一定程度上限制了石墨烯的低成本㊁规模化生产㊂最近,中国科学院金属研究所的成会明㊁任文才研究组[32]和麻省理工学院的J.Kong研究组[33]提出了利用铜箔作为基体的常压CVD法制备石墨烯,并发现通过调节载气的成分,可以有效地提高石墨烯的质量㊂图4是常压条件下在铜箔基体上生长的石墨烯㊂可以发现,通过降低生长过程中还原气体H2的比例,能够有效减少石墨烯岛的数量,显著加快石墨烯的生长速度和提高石墨烯的质量㊂在不添加H2的条件下,石墨烯的生长可在1min之内完成,并且制备出的石墨烯薄膜在550nm时的透光率为96.3%,平均表面电阻小于350Ω/□,除最近报道的采用改进转移方法及HNO3掺杂得到的超大石墨烯薄膜外[31],该结果优于采用Ni为基体的常压CVD以及采用Cu为基体的低压CVD制备的石墨烯薄膜的性能㊂他们认为:一方面,H2的存在可有效抑制甲烷的分解,进而影响石墨烯的成核㊁最初形成的石墨烯岛的数量以及最终得到的石墨烯薄膜中不同石墨烯岛间连接形成的缺陷的数量;另一方面,高温时溶入的H2在降温过程中会释放,进一步加剧了石墨烯褶皱的生成[32]㊂总之,采用Cu基体生长石墨烯,目前仍然是生长均匀单层石墨烯的最佳方法,对石墨烯的应用研究起到了极大的推动作用㊂图4 常压下在铜箔上生长的石墨烯[32].(a)转移到SiO2/Si表面的石墨烯(不添加氢气的条件下制备);(b)石墨烯的拉曼光谱(不同载气成分配比条件下制备,图中数字代表H2流量/总气流量);(c)石墨烯的光学照片(150mL/min H2/150mL/min Ar条件下制备);(d)石墨烯的光学照片(不添加氢气的条件下制备)Fig.4 Graphene grown on Cu foils under ambient pressure[32].(a)Photograph of a graphene film prepared without H2and transferred onto a SiO2/ Si substrate,with a size of~10mm;(b)Raman spectra of graphene films grown by different H2flow rates(0,5,30,90,and150mL/min)but a constant total flow rate(300mL/min);(c)and(d)Typical optical images of the graphene films grown by a H2flow rate of150mL/min(c)and 0mL/min(d)为了深入理解Cu上生长的石墨烯的质量,美国阿贡国家实验室的N.P.Guisinger研究组近期研究了在Cu(111)单晶表面生长的石墨烯的形貌[44]㊂他们采用C2H4为生长碳源,温度为1000℃,生长气压为10-3Pa㊂研究结果表明:石墨烯的生长始于大量离散的单晶石墨烯岛,随着生长过程的进行,这些石墨烯岛逐渐长大,并最终相互连接成连续的石墨烯薄膜㊂这种生长模式是典型的表面生长过程,与在多晶铜箔上采用同位素标记的方法研究得到的结论相同[18]㊂图5给出了在单晶Cu基片上生长的石墨烯的扫描隧道显微镜(STM)表征结果㊂对莫尔条纹和原子分辨率的STM像分析表明,形核㊃47㊃ 新 型 炭 材 料第26卷在Cu单晶上的单晶石墨烯岛具有不同的晶体取向,从而导致片层的结合处形成线缺陷㊂这类似于三维材料中的晶界结构,因此有学者将此类石墨烯称为 多晶石墨烯”[25,45]㊂从提高石墨烯质量的角度来说,进一步改进制备方法以增大单晶石墨烯岛的尺寸和减少晶界结构,具有极为重要的意义㊂图5 单晶Cu基体上生长的多晶石墨烯[44].(a)晶界处的STM像,晶界两侧表现出不同的莫尔条纹;(b)晶界处原子分辨率的STM像,给出了石墨烯的蜂窝结构;(c)观察到最多的周期为~6.6nm的Cu(111)表面上石墨烯莫尔条纹;(d)周期为~2.0nm的Cu(111)表面上石墨烯的莫尔条纹Fig.5 Polycrystalline graphene grown on single crystal Cu substrate[44].(a)STM image at a domain boundary showing two different Moirépatterns in the two domains;(b)Atomic resolution STM image at a domain boundary,showing the honeycomb structure of graphene;(c)The most observed (~30%)Moirépattern of graphene on Cu(111)with a periodicity of~6.6nm;(d)Another typical Moirépattern of graphene on Cu(111)with a periodicity of~2.0nm相比于表面生长机制,目前的渗碳析碳机制在制备单晶石墨烯方面更具优势㊂中国科学院物理研究所的高鸿钧研究组[39],采用单晶Ru(0001)作为基体,在超高真空(10-7Pa)和1000℃的生长条件下,制备出毫米级的单晶石墨烯(图6)㊂由于单晶Ru中存在固溶碳,因此该研究仅利用了析碳过程生长石墨烯㊂但因该方法需要采用昂贵的单晶金属作为基体,而且石墨烯与基体的结合较强,难以转移,从而限制了该方法的进一步应用㊂图6 Ru(0001)表面上生长的单晶石墨烯的STM像[39]. (a)跨过Ru(0001)表面台阶的原子级平整的石墨烯;(b)由石墨烯和Ru基体叠加形成的六角莫尔条纹像;(c)莫尔条纹晶胞的原子分辨率的STM像Fig.6 STM images of the graphene grown on Ru(0001)surface[39].(a)The atomically flat graphene flake extended over entire Ru terraces;(b)The hexagonal Moirépattern formed by the superposition of graphene and the Ru substrate;(c)Atomic resolution image of one unit cell of the Moirépattern尽管CVD法制备石墨烯的研究时间很短,但其飞速的发展使笔者可以大胆预测:CVD法制备的石墨烯在未来两三年内很有可能获得应用㊂然而,采用CVD法制备高质量石墨烯的工作才刚刚起步㊂虽然目前CVD石墨烯的质量较高,有望满足在透明导电薄膜等方面的应用要求,但是对电子器件而言,与硅材料相比,现有的CVD法制备的石墨烯在电子迁移率等方面并不具有显著优势㊂因此,㊃57㊃第1期任文才等:石墨烯的化学气相沉积法制备 基于CVD方法的大面积㊁高质量单晶石墨烯的制备有可能成为近期的研究热点㊂此外,如何实现石墨烯带以及石墨烯宏观体的制备,进而扩展石墨烯的性能和应用;如何实现石墨烯在聚合物等基体上的低温生长等,也是CVD方法的未来发展方向㊂4 石墨烯的转移技术石墨烯的转移技术是指根据研究的需要,将石墨烯在不同基体之间转移的方法,通常是将石墨烯从制备基体转移到目标基体之上㊂由于一般需要将石墨烯放置在特定的基体上进行表征㊁物性测量以及应用研究,因此石墨烯转移技术的研究在一定程度上决定了石墨烯的发展前景㊂从某种意义上讲,石墨烯的发现正是得益于石墨烯转移技术的发明,即把石墨烯从胶带转移到硅片上[3,14]㊂ 石墨烯与金属基体间的电荷转移,掩盖了石墨烯的本征性能㊂在上世纪70年代用过渡族金属生长单层石墨的研究中[20⁃21],由于没有将生长出的单层石墨转移下来,因此其奇特的性能一直未被发现㊂如果当时能够从金属基体上将石墨烯转移下来,那么石墨烯的发现或许会提前30年㊂近期CVD方法制备石墨烯的快速发展与石墨烯转移技术的发展息息相关㊂ 理想的石墨烯转移技术应具有如下特点:(1)保证石墨烯在转移后结构完整㊁无破损;(2)对石墨烯无污染(包括掺杂);(3)工艺稳定㊁可靠,并具有高的适用性㊂对于仅有原子级或者数纳米厚度的石墨烯而言,由于其宏观强度低,转移过程中极易破损,因此与初始基体的无损分离是转移过程所必须解决的首要问题㊂ 腐蚀基体法”是解决上述问题的一个有效方法,它最初被用于转移胶带剥离法制备的石墨烯,即将石墨烯从硅片表面转移到其他基体上㊂如图7所示[46],研究者使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为转移介质,1mol/L的NaOH作为腐蚀液,腐蚀温度为90℃,在把粘附有石墨烯的PMMA薄膜从原始硅基底上分离后,室温下将其粘贴到目标基体上,最后利用丙酮清洗掉PMMA,实现了石墨烯的转移㊂图7(b)㊁(c)分别是转移前后的石墨烯样品的光学显微镜照片㊂可以看到,转移前后石墨烯的形貌并未发生很大变化,石墨烯基本可以完整地从硅片表面转移到另一个硅片表面㊂该方法由于使用了转移介质(即PMMA薄膜),确保了其转移的可靠性和稳定性,之后被广泛用于转移CVD石墨烯㊂图8是腐蚀基体法转移CVD生长石墨烯的示意图㊂首先,利用旋涂㊁滚压等方法在石墨烯上涂覆转移介质,如PMMA[23,29⁃30,33,46]㊁聚二甲基硅氧烷(PDMS)[24,32]㊁胶带[31⁃32]等㊂然后,将带有转移介质和石墨烯的金属基片放入合适的腐蚀液中将金属腐蚀掉,得到漂浮在溶液表面的转移介质/石墨烯的薄膜㊂选用的腐蚀液有FeCl3溶液(腐蚀金属Cu 等)[29⁃33]㊁酸溶液(腐蚀金属Ni等)[23⁃24]㊁碱溶液(腐蚀硅片)[46]等㊂随后,将转移介质/石墨烯的薄膜从腐蚀液中捞出,清洗后,粘贴到目标基体上㊂为了表征石墨烯的结构和制作电子器件,通常需要将石墨烯放置在硅片上;而为了测试石墨烯的透光性,需要将其放置在玻璃等透明基体上;为了透射电子显微镜观察,则需将之放置在微栅上;而如要制作石墨烯柔性透明导电薄膜,则需要将石墨烯放置在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性透明基体上㊂最后,将转移介质用适当的方式去除,从而实现CVD石墨烯到目标基体的转移㊂PMMA可以采用高温热分解或者有机溶剂清洗去除,PDMS可直接揭下,而胶带则需根据具体类型采用不同方法去除㊂以硅片表面沉积的Ni膜为基体,可以通过CVD方法生长出少层的石墨烯[23⁃24]㊂腐蚀基体法首先在转移此类CVD生长的石墨烯方面取得了成功[23]㊂然而,使用PMMA薄膜作为转移介质的工艺流程较为复杂,并且由于涂覆的PMMA薄膜的厚度小(~300nm)㊁易于破损,因此在转移大面积石墨烯时具有局限性㊂美国德州大学奥斯汀分校的R. S.Ruoff研究组在利用PMMA转移Cu箔生长的石墨烯时发现,由于CVD生长的石墨烯复制了Cu箔表面的台阶状结构,加之PMMA具有一定强度和硬度,转移过程中PMMA表面上起伏的石墨烯难以与平整的硅片充分接触,可导致裂痕等缺陷㊂因此他们采用二次溶解的方法将转移到硅片后的PMMA 薄膜用原溶液重溶,以促进石墨烯与硅片的接触,从而减少了石墨烯的破损[30]㊂此外,韩国成均馆大学的B.H.Hong研究组开展了采用PDMS薄片作为转移介质的研究工作[24]㊂如图9所示,他们首先将制作好的PDMS片的光滑面粘贴在石墨烯的表面,静置去除气泡㊂然后将带有PDMS的生长有石墨烯的Ni基体放入腐蚀液中(FeCl3溶液或者酸溶液)㊂腐蚀完成后,带有石墨烯的PDMS片会漂浮在液面上㊂用水清洗PDMS片后,将其粘贴在目标㊃67㊃ 新 型 炭 材 料第26卷图7 石墨烯从SiO2/Si基体到其他任意基体的转移[46].(a)转移过程示意图;(b)和(c)分别为原始SiO2/Si基体上和转移后SiO2/Si基体上石墨烯的光学照片Fig.7 Transfer of graphene from a SiO2/Si substrate to an arbitrary substrate[46].(a)Schematic diagram of the transferring process;(b)and (c)Optical images of macroscopic regions having graphite and graphene flakes on(b)the original and(c)the transferred SiO2/Si substrates基体上,静置去除气泡后再揭下PDMS,即可将石墨烯转移到目标基体之上㊂这种方法利用了PDMS 与常见材料的结合力非常小的特性,可以将石墨烯转移到多种基体上,如硅片㊁玻璃㊁PET等㊂但是,由于PDMS具有弹性,在操作过程中产生的拉伸易于使石墨烯产生一定量的微裂纹㊂所以,该方法对操作技能具有较高要求,因而并未得到广泛使用㊂热释放胶带是最近采用的新型石墨烯转移介质㊂其特点是常温下具有一定的粘合力,在特定温度以上,粘合力急剧下降甚至消失,表现出 热释放”特性㊂基于热释放胶带的转移过程与上述的PMMA转移方法类似,主要优点是可实现大面积石墨烯向柔性目标基体的转移(如PET),工艺流程易于标准化和规模化,有望在透明导电薄膜的制备方面首先获得应用,如韩国成均馆大学的研究者采用该方法成功实现了30英寸石墨烯的转移[31](图10)㊂该方法中的 热滚压”技术是实现完整转移关键步骤,相比于 热平压”具有更佳的转移效果㊂然而, 热滚压”技术目前不适用于脆性基体上的转移,例如硅片㊁玻璃等,因此限制了该方法的应用范围㊂此外,无转移介质的 腐蚀基体法”由于其工艺㊃77㊃第1期任文才等:石墨烯的化学气相沉积法制备 。
石墨烯制备四种主要方法
石墨烯制备四种主要方法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。
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石墨烯构建方法
导入graphite模型，然后选择Build/Symmetry/Supercell,在弹出的对话框中将”A：1“改成2，确认；然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的a值改为4.260843，angles中的r值改为90度，确认；删除其中的一层(因为建的是单层石墨烯)，然后选择Build/Crystal/Rebuild Crystal/Lattice Parameters,将lenths中的c值调到10埃以上，然后全选晶胞，将所有键改为Partia Double Bond，优化后（其实可不优化，a=4.2605843是通过MS中给出的graphite模型中原来的a=2.459999算出来的）就能通过Build/Symmetry/Supercell创建超晶胞，构造各种宽度和长度的AGNR,ZGNR超晶胞模型了，接下来自己尝试边缘修饰吧，运用以上的步骤就能搞定了。
（注：边缘修饰后，同一平面上的带间的距离也要控制在10埃以上,基本上可忽略层间和带间的影响）
我给出一个简单的办法吧。
看见大家讨论这个问题，我自己都着急了。
1。
建立新的结构文件，设置a=b=2.46044A ,
其中C 为真空层厚度，设置aifa=90 baita=90,gama=120
2.添加原子坐标，A（0.66667,0.33333,0） B （0.33333 ，0.66667，0）
这就搭建了超单胞，里面含有两个C 原子，这就可以根据需要扩展成所需要的结构
导入graphite （in the file of structure-ceramics ), 然后build -Symmetry-make P1.
然后切掉中间一层。
然后切掉其中一层，将剩下的一层移到c轴中间附近。
bulid-Symmetry-find symmetry-impose symmetry。
这样就得到了honeycomb lattice primitive cell。
如果需要大片结构，可以用bulid - symmetry - Surpercell 来构建。
得到菱形格子。
如果需要正交格子，将primitive cell 通过supercell 2*2 然后，然后留下立方格子的4个原子，其他切掉。
重新构建晶格，build-rebuild 晶格参数，a=4.26，b=2.46 ，c=15。
（通过几何换算得出，或者又构型量出）角度全为90度。
如果需要更大体系，同菱形，用supercell 创建
1 先导入石墨（陶瓷文件里有），然后build---surface cleave,此时注意hkl的选取以及uv的方向的选取；然后点击确定即可。
2加真空层的厚度，在BUILD--CRYSTAL 有vacumm选项，注意厚度的选择，一般大于15，3然后做超胞即可，superwell选项
导入graphite （in the file of structure-ceramics ), 然后build -Symmetry-make P1.
然后切掉中间一层。
然后切掉其中一层，将剩下的一层移到c轴中间附近。
bulid-Symmetry-find symmetry-impose symmetry。
这样就得到了honeycomb lattice primitive cell。
如果需要大片结构，可以用bulid - symmetry - Surpercell 来构建。
得到菱形格子。
如果需要正交格子，将primitive cell 通过supercell 2*2 然后，然后留下立方格子的4个原子，其他切掉。
重新构建晶格，build-rebuild 晶格参数，a=4.26，b=2.46 ，c=15。
（通过几何换算得出，或者又构型量出）角度全为90度。
如果需要更大体系，同菱形，用supercell 创建
1 先导入石墨（陶瓷文件里有），然后build---surface cleave,此时注意hkl的选取以及uv的方向的选取；然后点击确定即可。
2加真空层的厚度，在BUILD--CRYSTAL 有vacumm选项，注意厚度的选择，一般大于15，
3然后做超胞即可，superwell选项。