石墨烯的制备方法

世界目前现有的制备石墨烯的方法主要有：机械剥离法、加热SiC法、外延生长法化学还原法、化学气相沉淀法等等[2]。以下为几种制备方法的简单介绍：

(1)机械剥离法，是Novoselov的团队在2004年运用非常简单的一个方法，第一次得

到了二维单层石墨烯的片层，从而开启了关于石墨烯研究的热潮。

机械剥离法大致过程为：首先用等离子束氧化处理热分解石墨表面，刻蚀出一个宽度范围为20μm~2mm、深5μm 的微槽，然后利用光刻胶把它粘附在玻璃衬底上，并用透明胶带来回地撕揭，与此同时用超声处理在丙酮溶液中有石墨薄片的玻璃衬底，然后将单晶硅片放入溶液里，由于分子间存在范德华力，而在范德华力作用下，在单晶硅片的表面上就会吸附单层石墨烯会，从而制备出石墨烯。

另外也可以通过固体表面与石墨的往复摩擦，这样也会使石墨烯层片吸附在固体表面，但得到的石墨烯尺寸不好控制。其它也可以通过静电沉积法、淬火法等来剥离石墨。但机械剥离法得到的石墨烯，能够较好地体现石墨烯的形貌，但是石墨烯宽度一般都比较大，会在微米量级别，而且效率较低，没法制得大规模的石墨烯。

(2) 加热Si C 法是由C.Berger等人经过几年的探索，最终总结出来的方法，该方法大致过程为在真空环境下绝缘隔热的SiC表面通过热退火来生长，可得到均匀一致、晶元尺寸的石墨烯。K.V.Emtsev等提出了在1bar 的氩气环境下，在端基为Si的SiC基底上非原子位石墨化的方法产生更大尺寸的单层石墨烯，可以减少石墨烯中晶粒结构和不同厚度的问题，通过观察其拉曼光谱和霍尔测量的数据以及图表分析，证明其具有良好性能，而且当温度达到27K 时测得其电子迁移率最高可达2000cm2V-1s-1。

目前该方法存在的问题是制得石墨烯缺陷的浓度都还比较高。我相信在不远的将来，待加热SiC法的技术，设备，方法等更加成熟之后，该方法会在制备石墨烯中得到更多地采用和推广。

(3) 氧化还原法是目前现阶段广泛应用液相法中的一种方法，也是大规模制备石墨烯

材料的一种重要方法，氧化还原法的基本思路是在液相环境中应用固相剥离的思想。Stankovich等人在2005 年利用该方法成功得了平均厚度仅仅只有几个纳米的石墨烯悬浊液。

氧化还原法的基本过程为：首先将石墨利用强酸等强氧化剂对其进行氧化处理，因为石墨的表面有含氧官能团，这些含氧官能团的添加在一定程度上增加了石墨层与层之间的距离，从而削弱了石墨层片间的范德华力，来增强石墨的亲水性，使氧化石墨能够更好地融于水中，然后利用超声波对氧化石墨进行震荡处理，得到稳定的胶体状态，实验的最后还需要加入还原剂（强碱溶液）来进行还原处理来除掉官能团，因为含氧官能团的存在会破坏墨烯的π键

和结构，最终得到所需的石墨烯。这种方法因成本低、实验时间短、产量大等优势而被广泛应用。

(4) 化学气相淀积法：该方法主要是以甲烷、乙烯、乙醇等作为碳源来制备石墨烯，化学气相淀积法的大致过程为：用金属铜箔作为反应发生的基底，在密封的石英管反应室中首先将金属铜箔放好，接下来通入一定量的氩气与此同时并将温度加热至1000 度，然后通入乙醇溶液进行最后的反应，温度降至300℃以下之前一直保持氩气供给，这时碳原子会在铜箔表面发生物理吸附作用并冷却结晶从而生成所需要的石墨烯，在整个反应过程中铜箔的主要作用类似于化学反应中的催化剂。

化学气相淀积法目前存在的缺点为当一层碳原子覆盖在铜箔表面后，如果不做及时的处理则会影响后续碳原子在铜箔上的沉积，因此需要通过一定的控制条件和处理技术，从而得到理想的单层的石墨烯。