石墨烯的制備方法講解課件

1、石墨烯的制備方法結(jié)語與展望石墨烯材料的簡介 石墨烯的制備一、二、三、目 錄一、石墨烯材料的簡介1.發(fā)現(xiàn) 石墨烯（Graphene）是2004年由英國曼徹斯特大學康斯坦丁諾沃肖洛夫(Kostya Novoselov)和安德烈海姆(Andre Geim)發(fā)現(xiàn)的，他們使用的是一種被稱為機械微應力技術(shù)(micromechanical cleavage)的簡單方法。 2010年，他們因發(fā)現(xiàn)了石墨烯而被授予科學界最高榮譽諾貝爾物理學獎！Science, 2004, 306:666-6692.結(jié)構(gòu) 石墨烯是石墨的單原子層結(jié)構(gòu)，是由sp2雜化的碳原子構(gòu)成正六邊形網(wǎng)格、蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)，又一種碳的同素異形體，是構(gòu)

2、建其它維數(shù)碳材料的基本單元。單層石墨烯富勒烯碳納米管石墨Nature Materials, 2007,6:183-1913.神奇特性二. 石墨烯的制備方法 1.微機械剝離法 2.取向附生法 3.外延生長法 4.氧化石墨還原法 5.過渡族金屬襯底CVD法1.微機械剝離法 微機械剝離法是最簡單的一種方法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。英國曼徹斯特大學的Geim等于2004年用微機械剝離法成功地從高定向熱解石墨上剝離并觀測到單層石墨烯。Nanotechnology, 2008, 19: 455601手工將高取向性高溫熱解石墨(HOPG) 逐層剝離2. 取向附生法 取向附生法是利用生長基質(zhì)

3、原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，首先讓碳原子在 1150 下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850 后,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“ 孤島” 布滿了整個基質(zhì)表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋80%后，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產(chǎn)生強烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現(xiàn)令人滿意。Nature materials ,2008,7:406-411中國科學院物理研究所利用含碳的釕單晶在超高真空環(huán)境下經(jīng)高溫退火處理可以使碳元素向晶體表面偏析形成外延單層石墨烯薄膜 外延生長法是在單晶體表面外延生長石墨層，然后通過化學刻蝕

4、將石墨層從基片剝離。常見有兩種方法，一種為SiC表面分解，一種為分子束沉積。（1）SiC表面分解法3.外延生長法 在高溫下，SiC表面Si升華，于是殘留的碳原子聚集形成彎曲的石墨烯層，而生長的石墨烯常因SiC表面的缺陷而受阻，在其它區(qū)域也發(fā)生同樣的過程，最終在SiC表面形成連續(xù)、尺寸與絕緣基片相當?shù)氖?。SiC外延生長石墨烯的機制：Physica E, 2010, 42: 691-694石墨烯在 上的生長過程圖SiCHRTEM下SiC基底上初步生長的石墨烯圖，其中黑色環(huán)形中是生成的石墨烯層（2）分子束外延法具體流程：5 mm40 mm的Si基片上生長一層約300 nm的SiO2硫酸和過氧化

5、氫清洗沉積5 nm的Ti及300 nmNi800 退火30 min清潔基片用玻璃碳纖維作為原料外延生長碳層800900退火30 minNi表面即可形成多層石墨烯Solid State Communications, 2010, 150: 809-8114. 氧化石墨還原法 中國科技論文在線，2011年第六卷第三期，187-190 氧化石墨中含有環(huán)氧基、羥基，羰基和羧基等含氧基團，能溶于水及某些有機溶劑中。5.過渡族金屬襯底CVD法Nature, Letters, 2009, 457:706-710Chem. Mater. , 2011, 23 , 33623370 首先沉積一層過渡族金屬(如Fe、Cu、Ni、Pt、Au、Ru、Ir等)薄膜作為襯底，利用其與C的高溫固溶，然后冷卻析出，再表面重構(gòu)，形成石墨烯。優(yōu)點是有利于大面積晶圓級石墨烯生長；缺點是層數(shù)精確控制較難，需要進行金屬襯底剝離和襯底轉(zhuǎn)移。氧化石墨還原法優(yōu)點：成本較低、高效、環(huán)保，并且能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不足：容易導致一些物理、化學性能的損失化學氣相沉積法優(yōu)點：可制備出面積較大的石墨烯不足：成本較高，工藝復雜三、結(jié)語與展望 石墨烯的相關研究已逐步深入，形成了制備方法、性質(zhì)與應用三大方向的分類探索，并在軟性電子學、電極材料、傳感器、生物兼容等方面取得