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石墨烯是目前重要的储能材料,石墨烯电池近来更是博得了众人的眼球,那么石墨烯都有哪些制备方法呢,今天就和小编一起来研究一下吧!一文知晓石墨烯现阶段的制备技术及发展现状。值得收藏哦!
微机械剥离法
石墨烯首次是由一种叫微机械剥离的方法被制备出来的,科学家们先高定向热解石墨,再在石墨表面离子刻蚀出微槽,并将其粘到玻璃衬底上,随后用普通胶带在石墨上反复剥离,得到粘附在胶带上约10μm厚的石墨烯薄膜,然后放入丙酮溶液中进行超声,最后利用范德华力或毛细管力将石墨烯取出。这种方法存在尺寸不易控制,无法可靠地制备出尺寸足够的石墨烯,产率低且成本高,不能满足工业化需求,目前只应用于实验室级别的测试。
化学气相沉积法
石墨烯被首次制备出来以后,证明了这种单层的碳原子组成的二维材料可以独立存在,给许多石墨烯相关的产业带了新的希望。但是上述的微机械剥离法得到石墨烯只能满足实验室级别的应用需求,因此研制可实现量产化的、质量和尺寸可控的石墨烯制备工艺是这些年科研工作者们的一个挑战。
化学气相沉积(CVD)法是借助气相化学反应在基体,如,镍(Ni),铜(Cu),钌(Ru),铱(Ir),铂(Pt),钴(Co),钯(PL),金(Au),表面上沉积石墨烯薄膜的一种工艺技术,沉积过程中引入碳源,如,氢稀释的甲烷,形成石墨烯,这个过程可以通过,例如,基板温度、沉积时间、压力、基板的类型和气体成分等多种因素控制。有报道,由于二氧化碳轻度氧化性质,生长化学和铜金属基板的均匀性和一致性等对制备石墨烯质量的影响可通过使用二氧化碳和富含二氧化碳的气体环境改善。CVD法生产的石墨烯具有质量高、生长面积大等优点,已经成为目前制备高质量石墨烯的主要方法,但工艺复杂且成本较高。另外,许多证据表明,相比机械剥离石墨烯,CVD制备的石墨烯是多晶且有缺陷的。大量晶界削弱了CVD法制备石墨烯的力学性能和电性能。
提高石墨烯域的大小是降低晶界区的有效途径。因此,通过增加石墨烯域的大小来弱化晶界的负面影响对质量改进是非常重要的。CVD法制备石墨烯的过程中,由于在最初生长阶段的大成核密度,单晶面积的大小几乎被限于数微米级别。近年来,一些提高石墨烯单晶面积的有效方法有被报道,例如,铜箔作为基体、延长铜箔的退火时间。还有控制在烃前体中的氢对控制石墨烯的尺寸和形貌也至关重要,它作为一个蚀刻剂在铜基上催化石墨烯形成。氢与烃气体混合物的作用:在铜基板上,通过激活物理吸附表面结合的基团(CHX)S,推进石墨烯生长;在石墨烯生长时受限于选择蚀刻弱结构的炭,如石墨烯和无定形炭的边缘。
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