石墨烯的制备方法 ppt课件
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• 不足：成本较高，工艺复杂
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三、结语与展望
石墨烯的相关研究已逐步深入，形成了制备方法、性 质与应用三大方向的分类探索，并在软性电子学、电极 材料、传感器、生物兼容等方面取得较大的进展，但仍 无法实现其大面积、高质量的工业化生产。因此，关于 石墨烯的可控制备、石墨烯结构和物性的调控以及石墨 烯材料的应用研究等仍然是未来的研究热点。
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The end, thanks!
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Nanotechnology, 2008, 19: 455601
手工将p高pt课取件 向性高温热解石墨(HOPG) 7 逐层剥离
2. 取向附生法
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯， 首先让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850 ℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的 单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可 长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生 长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后 就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯 薄片表现令人满意。
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Cpopmt课m件unications, 2010, 150: 809-811 13
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4. 氧化石墨还原法
氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团， 能溶于水及某些有机溶剂中。
2010年，他们因发现了 石墨烯而被授予科学界最高 荣誉诺贝尔物理学奖！
ppt课件 Science, 2004, 306:666-669 3
2.结构
石墨烯是石墨的单原子层结构，是由sp2杂化的碳原子 构成正六边形网格、蜂窝状二维结构，又一种碳的同素异 形体，是构建其它维数碳材料的基本单元。
单层石墨烯
（1）SiC表面分解法
SiC外延生长石墨烯的机制：
在高温下，SiC表面Si升华，于是残留的碳原子聚集形 成弯曲的石墨烯层，而生长的石墨烯常因SiC表面的缺陷 而受阻，在其它区域也发生同样的过程，最终在SiC表面 形成连续、尺寸与绝缘基片相当的石墨烯层。
ppt课件 Physica E, 2010, 42: 691-69410
Nature, Letters, 2009, 457:706-710 pCpth课e件m. Mater. , 2011, 23 , 3362–3370 16
氧化石墨还原法 • 优点：成本较低、高效、环保，并且能够大规模工业化生产 • 不足：容易导致一些物理、化学性能的损失
• 优点：可制备出面积较大的石墨烯 化学气相沉积法
中国科技论ppt文课件在线，2011年第六卷第三期，1871-5190
5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底 剥离和衬底转移。
石墨烯的制备方法
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1
目录
一、石墨烯材料的简介 二、 石墨烯的制备
三、结语与展望
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2
一、石墨烯材料的简介
1.发现
石墨烯（Graphene） 是2004年由英国曼彻斯特 大学康斯坦丁﹒诺沃肖洛 夫(Kostya Novoselov)和安 德烈﹒海姆(Andre Geim)发 现的，他们使用的是一种 被称为机械微应力技术 (micromechanical cleavage) 的简单方法。
ppt课件 Nature materials ,2008,7:406-411 8
中国科学院物理研究所利用含碳的钌单晶在超高真空环境下经高温 退火处理可以使碳元素向晶体表面偏析形成外延单层石墨烯薄膜
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3.外延生长法
外延生长法是在单晶体表面外延生长石墨层，然后通过化学刻 蚀将石墨层从基片剥离。常见有两种方法，一种为SiC表面分解， 一种为分子束沉积。
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石 墨 烯 在 SiC 上 的 生 长 过 程 图
11
HRTEM下SiC基底上初步生 长的石墨烯图，其中黑色环 形中是生成的石墨烯层
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（2）分子束外延法
具体流程：
5 mm×40 mm的Si基片上生长 一层约300 nm的SiO2
沉积5 nm的Ti及300 nmNi
硫酸和过氧化氢清洗
富勒烯
碳纳米管 ppt课石件 墨
Nature Materials, 2007,6:183-191 4
3.神奇特性
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5
二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法
5.过渡族金属衬底CVD法
Fra Baidu bibliotek
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6
1.微机械剥离法
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 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 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。
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三、结语与展望
石墨烯的相关研究已逐步深入，形成了制备方法、性 质与应用三大方向的分类探索，并在软性电子学、电极 材料、传感器、生物兼容等方面取得较大的进展，但仍 无法实现其大面积、高质量的工业化生产。因此，关于 石墨烯的可控制备、石墨烯结构和物性的调控以及石墨 烯材料的应用研究等仍然是未来的研究热点。
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The end, thanks!
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Nanotechnology, 2008, 19: 455601
手工将p高pt课取件 向性高温热解石墨(HOPG) 7 逐层剥离
2. 取向附生法
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯， 首先让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850 ℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的 单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可 长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生 长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后 就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯 薄片表现令人满意。
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
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4. 氧化石墨还原法
氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团， 能溶于水及某些有机溶剂中。
2010年，他们因发现了 石墨烯而被授予科学界最高 荣誉诺贝尔物理学奖！
ppt课件 Science, 2004, 306:666-669 3
2.结构
石墨烯是石墨的单原子层结构，是由sp2杂化的碳原子 构成正六边形网格、蜂窝状二维结构，又一种碳的同素异 形体，是构建其它维数碳材料的基本单元。
单层石墨烯
（1）SiC表面分解法
SiC外延生长石墨烯的机制：
在高温下，SiC表面Si升华，于是残留的碳原子聚集形 成弯曲的石墨烯层，而生长的石墨烯常因SiC表面的缺陷 而受阻，在其它区域也发生同样的过程，最终在SiC表面 形成连续、尺寸与绝缘基片相当的石墨烯层。
ppt课件 Physica E, 2010, 42: 691-69410
Nature, Letters, 2009, 457:706-710 pCpth课e件m. Mater. , 2011, 23 , 3362–3370 16
氧化石墨还原法 • 优点：成本较低、高效、环保，并且能够大规模工业化生产 • 不足：容易导致一些物理、化学性能的损失
• 优点：可制备出面积较大的石墨烯 化学气相沉积法
中国科技论ppt文课件在线，2011年第六卷第三期，1871-5190
5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底 剥离和衬底转移。
石墨烯的制备方法
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目录
一、石墨烯材料的简介 二、 石墨烯的制备
三、结语与展望
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一、石墨烯材料的简介
1.发现
石墨烯（Graphene） 是2004年由英国曼彻斯特 大学康斯坦丁﹒诺沃肖洛 夫(Kostya Novoselov)和安 德烈﹒海姆(Andre Geim)发 现的，他们使用的是一种 被称为机械微应力技术 (micromechanical cleavage) 的简单方法。
ppt课件 Nature materials ,2008,7:406-411 8
中国科学院物理研究所利用含碳的钌单晶在超高真空环境下经高温 退火处理可以使碳元素向晶体表面偏析形成外延单层石墨烯薄膜
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3.外延生长法
外延生长法是在单晶体表面外延生长石墨层，然后通过化学刻 蚀将石墨层从基片剥离。常见有两种方法，一种为SiC表面分解， 一种为分子束沉积。
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石 墨 烯 在 SiC 上 的 生 长 过 程 图
11
HRTEM下SiC基底上初步生 长的石墨烯图，其中黑色环 形中是生成的石墨烯层
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（2）分子束外延法
具体流程：
5 mm×40 mm的Si基片上生长 一层约300 nm的SiO2
沉积5 nm的Ti及300 nmNi
硫酸和过氧化氢清洗
富勒烯
碳纳米管 ppt课石件 墨
Nature Materials, 2007,6:183-191 4
3.神奇特性
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二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法
5.过渡族金属衬底CVD法
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1.微机械剥离法
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 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 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。