石墨烯分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜两大类。
常见的石墨粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法。
石墨烯薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。
机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动,得到石墨烯薄层材料的方法。
2004年,英国两位科学使用透明胶带对天然石墨进行层层剥离取得石墨烯的方法,也归为机械剥离法,这种方法一度被认为生产效率低,无法工业化量产。
虽然这种方法可以制备微米大小的石墨烯,但是其可控性较低,难以实现大规模合成。
碳化硅外延法是通过在超高真空的高温环境下,使硅原子升华脱离材料,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。
这种方法可以获得高质量的石墨烯,但是这种方法对设备要求较高。
石墨烯的制备方法:机械剥离法:优点:制备成本非常低,易于学习,且此法得到的石墨烯质量非常好好,缺陷少,性能优异。
缺点:得到的石墨烯尺寸很小,一般在10-100um之间,而且完全不可能大规模制备。
SiC外延生长优点:能较大尺寸生长,且得到的石墨烯性能优异。
缺点:原料成本较高,设备成本也很高,生长温度很高(1400°),一般设备达不到,而且也很难生长太大尺寸的石墨烯。
氧化石墨还原法优点:方法较简单,原料成本不高,基本没有设备成本,且易于规模制备。
缺点:此法得到的石墨烯缺陷非常多,电学、力学性能都较差。
化学气相沉积法优点:单次生长尺寸可以很大,有可能规模化生产,且生长得到的石墨烯性能很好缺陷少。
缺点:转移是难题,而且生长出来的一般都是多晶。
鳞片石墨即为石墨烯的原材料。
晶格是由六个碳原子围成的六边形,有完美的二维晶体结构,化学价态达到稳定。
石墨烯,厚度为一个原子层。
碳原子之间由化学键连接,结合方式为sp2杂化,特殊的化学键赋予了石墨烯优异的力学性质和结构刚性。
石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍,甚至超过钻石。
石墨烯中,每个碳原子都有一个未成键的p电子,p电子可以在晶体中自由移动,赋予了石墨烯良好的导电性。