石墨烯的化学方法合成及其表征
第6卷第3期
2011年3月
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石墨烯的化学方法合成及其表征
王新伟1,2，杨 艳1，田宏伟1，郑伟涛1
（1.吉林大学材料科学与工程学院，汽车材料教育部重点实验室，长春 130012；
2.长春理工大学材料科学与工程学院，长春 130022）
摘 要：修正的Hummers法合成的氧化石墨，通过超声波振荡剥层，再利用水合肼还原即可获得单层及较少层数的石墨烯。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(RS)、X-射线衍射(XRD)等测试方法对氧化石墨烯和石墨烯的形貌、结构进行了对比分析。实验结果表明，该方法合成出了形貌上具有少量褶皱的单层和较少层数的石墨烯。但与天然石墨相比，该方法合成的石墨烯结晶强度相对降低并且拉曼光谱显示，其G带与D带的强度比大于氧化石墨烯的强度比，即石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸大于氧化石墨烯的平均尺寸，表明该方法不能完全将氧化石墨烯还原为结晶完美的石墨烯。
关键词：石墨烯；氧化石墨烯；超声剥层；结构
中图分类号：TQ127文献标志码：A 文章编号：1673－7180(2011)03－0187－4
Synthesis and characterization of graphene with chemical method
Wang Xinwei1,2, Yang Yan1, Tian Hongwei1, Zheng Weitao1
(1. Key Laboratory of Automobile Materials, Ministry of Education, School of Materials Science and
Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China)
Abstract: Graphite oxide(GO) has been synthesized by a modified Hummers method treated with ultrasound, and single or less layers of graphene(GNS) was obtained through a reduction using hydrazine hydrate. Graphene have been investigated by SEM, TEM, FT-IR, RS, XRD, etc. Experimental results showed that the single and less layers of graphene with few drape was obtained. Compared with natural graphite(G), graphene crystallization intensity is lower. Raman spectra showed that the ratio of graphene G and D band intensities is higher than graphite oxide, namely the average size of sp2 heterozygous carbon layer in graphene is larger than Graphite oxide. It demonstrated that this method cannot completely restore Graphite oxide to perfect crystallization graphene.
Key words: graphene；graphite oxide；ultrasonic peeling；structure
石墨烯是由单层sp2碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，它是一种碳质新材料。其结构分解可以变成零维的富勒烯，卷曲可以形成一维的碳纳米管，叠加可以形成三维石墨[1-2]。由于石墨烯特殊的结构，以及理论比表面积高达2 600 m2/g，优异的导热性能(3 000W/(m·K))和力学性能(1 060 GPa)[3]，以及室温下高速的电子迁移率15 000 cm2/(V·s)[4]等一系列性质，使其自2004年首次报道后，引起了科学界巨大兴
收稿日期：2010-11-29
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200801830025)；国家自然科学基金资助项目(50832001, 51002061) 作者简介：王新伟(1978－)，女，博士研究生，主要研究方向：碳纳米材料
通信联系人：郑伟涛，教授，主要研究方向：碳素纳米材料、超硬薄膜材料以及材料的计算机模拟等，wtzheng@https://www.wendangku.net/doc/d76521964.html,
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趣，掀起了石墨烯研究的热潮[5-7]。
石墨烯(Graphene)深层研究工作的开展基于单层样品的成功制备。因此，石墨烯的高效制备成为人们广泛关注的重要课题。目前，石墨烯的制备主要有机械剥离、外延生长、取向附生法和化学法制备4种方法。机械剥离法是通过机械力从体相石墨晶体的表面剥离出石墨烯片的方法。Geim等[8]已于2004年，采用微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离出单层石墨烯。此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制备大量的大尺寸的石墨烯。外延生长法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶SiC(0001)面上分解出石墨烯片层。Berge等已经能可控地制备出单层[9]或是多层石墨烯[10]。但该法要求氧等气体刻蚀，以及高温高真空条件下完成。取向附生法则是利用生长基质的原子结构“种”出石墨烯。Peter等[11]使用金属钌为基质，已成功得到单层石墨烯，但是该方法制备的石墨烯往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的相互作用会影响石墨烯的特性。相比而言，前3种方法虽然能获得较高质量的石墨烯，但它们因制备效率低或因反应条件苛刻而不利于大规模的制备。而化学法合成体系操作简便，产量大，同时石墨烯溶胶的产物形式也便于材料的进一步加工、成型。正是如此，这种方法为人们制备大量单层石墨烯带来了希望。
1实验部分
本实验采用氧化石墨还原法合成石墨烯。选用修正Hummers[12]法合成氧化石墨，再经过适当的超声波振荡处理，使其在水溶液或者有机溶剂中极易分散成均匀的单层氧化石墨烯溶液，还原后即为改性的石墨烯。图1所示为其简易合成流程，其中圆点表示石墨上的官能团。
图1石墨烯合成工艺流程
Fig. 1Synthesis process of grapheme
1.1材料
天然石墨粉（小于30 μm，碳含量99.85%，AR）；浓硫酸(95%~98%，AR)；浓盐酸(36%~38%，AR)；高锰酸钾(AR)；硝酸钠(AR)；过氧化氢（不少于30%，AR）；水合肼(80%，AR)等。1.2实验方法
1.2.1合成氧化石墨烯
采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5%（质量分数）的H2SO4溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。
1.2.2合成石墨烯
称取10 mg氧化石墨烯溶于去离子水中，超声数小时后使其完全分散，加入100 μL水合肼，95 ℃水浴中搅拌反应5 h，溶液由黄褐色变为黑色，将样品过滤，用三氯甲烷洗涤3次，室温下充分干燥，即图1中(3)过程。
1.3测试与表征方法
XRD测试：采用Cu靶，Ni滤波，测试条件为室温，管电压40 kV，2°/min的速率，测试范围在2°~60°(Bruker D8 X-射线粉末衍射仪)。RS分析：采用HJY 公司的LabRAM Aramis 型显微激光拉曼光谱仪，激光波长为514 nm。FT-IR测试：试样与KBr混合研磨压片之后进行测试（Bruker 公司的Vector 33型傅里叶变换红外谱仪）。TEM表征：JEM-2000 EX型透射电子显微镜(TEM)，日本电子株式会社。
2结果与讨论
2.1TEM形貌分析
如图2，利用TEM分析所获得石墨烯样品的形貌。整体上石墨烯形貌是卷曲的片状，出现的大量褶皱起伏的片层结构，是为了减少体系的自由能。在TEM照片中，不能精确地表征石墨纳米薄片的厚度，但可以从片层翘起的边缘和突起褶皱的宽度，估测片层的厚度。通过两幅图的明暗对比以及褶皱处对比，可以认为：图2(a)中的样品为单层的石墨烯。图2(b)中的样品层数较厚，是几层叠加的结果。通过对实验样品形貌分析，笔者得到通过合理调节超声波振荡参数，获得了单层以及层数
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较少的石墨烯。
(a)单层(b)多层
图2单层(a)和多层(b)石墨烯的TEM图Fig. 2TEM images of single(a) and several(b) sheets of
graphene
2.2XRD结构表征
对天然石墨、氧化石墨烯和石墨烯分别进行了粉末X射线衍射分析，其分析结果如图3所示。曲线(a)在2θ=26.5°处具有一条较高强度的衍射峰，说明天然石墨的存在以及利用布拉格公式算得在(002)处的晶面层间距约为0.34 nm。曲线(b)是经强氧化和超声剥离后获得的氧化石墨烯，其(002)层间距的衍射峰左移至10.8 °左右，强度降低。这是由于加入强氧化剂后，氧与碳原子的多种键合作用，使得石墨片层与层之间，以及层边缘等位置引入了C＝O，C—OH、—COOH等官能团和其他缺陷，最终使得层与层间的距离增大。此外，26.5°处石墨晶面峰强度减弱，说明了石墨结晶程度变差，且由原来的较大的体状变成了剥离的较薄的片层。曲线c 是石墨烯的XRD图，可以看出(002)层间距的衍射峰右移至23°左右，且变低变宽。这说明经过肼还原的氧化石墨烯仍有部分含氧官能团残存于碳层中，从而使得该石墨烯的层间距要稍大于0.34 nm。同时，也表明体状石墨变成了尺寸较小、较薄的碳层（纳米级别），但结晶性不太好。
图3天然石墨(a)、氧化石墨烯(b)和石墨烯(c)的XRD图Fig. 3XRD patterns of the graphit(a), graphit oxide(b) and
graphene(c) 2.3拉曼光谱分析
对于高有序性的石墨，在Raman光谱上一般表现为2个峰，相内振动的峰，称为G峰（1 575 cm－1附近），其峰形窄，强度高，表明碳原子具有六方密排结构，sp2杂化占主导；另一个称为D峰（1 355 cm－1附近），该峰强度极弱，表明石墨中存在边缘、其他缺陷和不规则C(sp3键)等。I D/I G强度比是衡量物质不规则度和sp2域的平均尺寸的，是判断物质有序性的重要指标[13]。
图4中是氧化石墨(a)和石墨烯(b)的Raman光谱图，从图中氧化石墨烯(a)曲线可以看到，出现了2个峰，分别是D峰(1 349 cm－1)和G峰(1 587 cm－1)。G 峰相对于石墨的有所变宽且峰强减弱，同时D峰有所增强，即I D＞I G，表明由于强氧化剂的加入使得原本规则排列的石墨片层间引入了大量的含氧官能团和悬挂键、导致了大量缺陷的产生以及sp2碳杂化向sp3碳杂化的转变，破坏了石墨的结晶性能。曲线(b)反映的还原后的石墨烯的拉曼光谱图，其中D峰出现在1 356 cm－1，G峰位于1 592 cm－1处，其峰位与氧化石墨烯相比有所偏移，强度改变，由I D＞I G变为I G＞I D，表明该物质的规则度有所恢复，含氧官能团、缺陷等不规则因素大大减少，结晶性得到提高。但是D峰的强度仍然很高，而G峰的强度相比于天然石墨还是过低，说明通过肼还原氧化石墨只是部分被还原，其中仍含氧官能团、缺陷、sp3碳杂化等多种因素，表明该实验方法不可能完全将氧化石墨还原为结晶完美的石墨烯，这与XRD结果一致。
图4氧化石墨烯(a)和石墨烯(b)的拉曼散射谱图
Fig. 4Raman spectra of GO (a) and GNS(b)
2.4红外光谱分析
图5为氧化石墨烯a和石墨烯b的红外光谱。石墨晶体在1 620 cm?1处有1个sp2结构的C＝C伸缩振动峰，这也是石墨的标志峰[14]。从图5氧化石墨烯(a)和石墨烯(b)比较可以看出，(a)曲线存在一系列的红外吸收峰。表明石墨经氧化后，极性显著增多。吸收峰在857 cm?1附近为环氧基的特征吸收峰；在
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1 075 cm?1处出现的吸收峰归属于C—O—C的振动吸收峰；1 627 cm?1处对应于水分子的变形振动吸收峰，说明氧化石墨虽然被充分干燥，但仍然存在水分子，这与氧化石墨不可能完全干燥[15]相吻合；1 720 cm?1处的吸收峰归属于氧化石墨羧基上的C＝O的伸缩振动峰；在3 100~3 700 cm?1范围内出现一个较宽、较强的吸收峰，这是—OH的伸缩振动峰，氧化石墨中残存的水分子对该吸收峰也有影响。从氧化石墨烯的红外光谱来看，Hummers 方法合成的氧化石墨至少存在有—OH、—COOH、—C＝O、—CH(O)CH—等官能团[16]，这使得氧化石墨很容易和水分子形成氢键，进而具有良好的亲水性。而氧化石墨被水合肼还原后，在1 618 cm?1附近出现了C＝C吸收峰，表明氧化石墨烯被还原；在3 100~3 700 cm?1内仅仅出现一个相对很弱且很窄的峰，这可能是残留的少量未被还原的—OH和吸附的水分子造成的。此外，对应含氧官能团峰值位置，石墨烯的峰形很弱或平缓，说明含氧基团基本上被脱去[17]。
图5氧化石墨烯(a)和石墨烯(b)的红外光谱
Fig. 5Infrared spectra of GO (a) and GNS (b)
3结论
1) 采用修正的Hummers法合成氧化石墨，经过超声处理，使用水合肼还原制得的石墨烯。其合成方法简便、产品产量大，利于实验研究使用。
2) 合成的石墨烯采用超声振荡剥离，易获得具有少量褶皱的单层和较少层数的石墨烯。
3) 合成的石墨烯与天然石墨相比结晶强度相对降低。石墨烯G带与D带的强度比即规则度大于氧化石墨烯的规则度，也说明石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸大于氧化石墨烯的平均尺寸，但该实验方法合成的石墨烯仍然含有含氧官能团、缺陷、sp3碳杂化等因素，即该实验方法不可能将氧化石墨完全还原为结晶完美的石墨烯。
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石墨烯的制备与表征综述
氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括：分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。
氧化石墨烯的制备方法总结
氧化石墨烯的制备方法： 方法一： 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨，大致分为3 个阶段，低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入110mL 浓H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至4℃左右。加入-100目鳞片状石墨5g，再加入NaNO3，然后缓慢加入15g KMnO4，加完后记时，在磁力搅拌器上搅拌反应90min，溶液呈紫绿色。中温反应：将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃，让其反应30 min，溶液呈紫绿色。高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入220mL 去离子水，加热保持温度70~100℃左右，缓慢加入一定双氧水(5 %)进行高温反应，此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，直至BaCl2检测无白色沉淀生成，说明没有SO42-的存在，样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4，一开始温度会急剧上升，很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。 方法二：Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。方法三：修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。
石墨烯制备方法及应用的研究进展
石墨烯制备方法及应用的研究进展 邓振琪黄振旭 （郑州师范学院化学化工学院，河南郑州450044） 摘要:石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质，引起了科学界新一轮的研究热点。本文总结近年石墨烯的研究现状，综述介绍石墨烯的制备方法和其应用的研究进展。 关键字：石墨烯；制备；应用 2004年，英国曼彻斯特大学Geim研究小组首成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯[1]，并提出了表征石墨烯的光学方法，对其电学性能进行了系统研究，发现石墨烯具有很高的载流子浓度、迁移率和亚微米尺度的弹道输运特性，从而掀起了石墨烯研究的热潮。 石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接按照六边形紧密排列成蜂窝状晶格的二维晶体，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料[2]。是构造其他维度碳质材料的基本单元，它可以包裹形成零维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管或者层层堆叠构成三维的石墨。 石墨烯因其独特的二维晶体结构，从而具有优异的性能。如单原子层石墨烯材料理论表面积可达2630m2/g，半导体本征迁移率高达2×105cm2/(V·s)，弹性模量约为1.0TPa，热传导率约为5000W/(m·K)，透光率高达97.7％，强度高达 110GPa[3]。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、传感器、电化学及复合材料等领域有光明的应用前景。 1.石墨烯的制备 现在制备石墨烯主要方法为微机械剥离法、基底生长法、化学气相沉淀法、氧化石墨还原法。另简单介绍液相或气相直接剥离法、电化学法、石墨插层法等方法。 1.1微机械剥离法 石墨烯最初的制备就是微机械剥离，机械剥离法就是通过机械力从具有高度定向热解石墨表面剥离石墨烯片层。Geim教授采用胶带剥离法可以认为是机械剥离法中的一个代表。Knieke等[4]利用湿法研磨法在室温下研磨普通石墨粉，成功的对石墨的片层结构进行了剥离，制备了单层和多层的石墨烯片。微机械剥离法制得的石墨烯具有最高的质量，适用于研究石墨烯的电学性质。但该方法低
石墨烯的制备方法与应用
石墨烯的制备方法与应用 摘要: 石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的热潮。关键字: 石墨烯, 制备, 应用,氧化石墨烯，传感器 石墨烯的定义 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。 石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)。 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯; 可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。
单原子层石墨晶体薄膜。 每个原胞中两个碳原子，每个原子与最相邻三个碳原子形成三个σ键。 每个碳原子贡献一个多余p电子，垂直于graphene平面，形成未成键的π电子——良好的导电性。 石墨烯的性能 最薄——只有一个原子厚 强度最高——美国哥伦比亚大学的专家为了测试石墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本，然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这个结果测算，要使1 米长的石墨烯断裂，需要施加相当于55 牛顿的压力，也就是说，用石墨烯制成的包装袋应该可以承受大约两吨的重量。 没有能隙——良好的半导体 良好的导热性 热稳定性——优于石墨 较大的比表面积 优秀导电性——电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度--电子的“光速”移动碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予
石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法 主要市场包括：石墨烯透明导电薄膜材料的生产和销售，以及在透明电极、储能、电子器件等领域的应用技术开发和技术支持服务。公司目前的石墨烯导电层产品功能良率能做到85%，但外观良率目前只能做到60%左右。目前产品已经在低端手机上逐渐应用。常州二维碳素科技有限公司的关键技术如下： ②辉锐集团由辉锐科技（香港）有限公司，辉锐材料科技有限公司与辉锐电子技术有限公司。 辉瑞科技专注于石墨材料的研发和生产，是大面积高质量石墨烯的量产成为现实。而辉锐材料则主要从事应用产品的设计和营销，提升石墨烯在移动设备，发电和能源储备，医疗保健等领域的应用。 辉锐科技是一家从事石墨烯技术发展的公司，率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场，且计划未来3年公投资1.5亿美元发展石
墨烯移动设备市场。5月份，厦门大学，英国BGT Material Limited 和福建辉瑞材料有限公司签署协议在厦门大学建立“石墨烯工业技术研究院”。石墨烯发明者诺贝奖物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫等将加盟改研究院。公司正研制利用石墨烯制造可屈曲触摸屏，目前已经投产。 2. 石墨烯在锂离子电池领域的应用 石墨烯优异的导电性能可以提升电极材料的电导率，进而提升锂离子电池的充放电速度；石墨烯的二维层状结构可以有效抑制电极材料在充放电过程中因体积变化引起的材料粉化；石墨烯还能很好地改善锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性和安全性。除此之外还能大幅提高电池的充放电速度。国内研究成果： 宁波墨西科技有限公司依托中科院宁波所技术研发实力，产学研一体化优势，使得公司在石墨烯领域走在行业前列；公司产品分为三大类：基础产品（浆料、粉体）、专用分散液、工业化应用产品。在锂电池领域，已经开发出石墨烯复合电极材料、石墨烯导电添加剂、石墨烯涂层铝箔等；公司石墨烯导电剂产品已经在磷酸铁锂电池厂商试样，能有效提高电池倍率充放电性能。 宁波墨西锂电池领域研发目标：第一，2016 年实施Battery 200 计划，研发能量密度达到200Wh/kg 的新型电力锂电池及其材料技术；第二，2020 年实施Battery 300 计划，研发能量密度达到300Wh/kg 的下一代动力锂电池及其材料技术。目前技术路线，以石墨烯作为新一代导电剂研发为主，包括石
氧化石墨烯的制备及表征
氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046
氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要：石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3]，其片层厚度一般只能达到30~100 nm，难以得到单层石墨烯(约0.34 nm)，并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液，再通过化学还原获得，已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词：氧化石墨烯，石墨烯，氧化石墨，制备，表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat：Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the
关于石墨烯的总结
一．石墨烯常用修饰方法总结 石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35 nm。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。 结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如提高溶解性、在基体中的分散性等)，必须对石墨烯进行有效的功能化。通过引入特定的官能团，还可以赋予石墨烯新的性质，进一步拓展其应用领域。功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。 从功能化的方法来看。主要分为共价键功能化和非共价键功能化两种。 1. 石墨烯的共价功能化 石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广泛的功能化方法。尽管石墨烯的主体部分由稳定的六元环构成，但其边沿及缺陷部位具有较高的反应活性，可以通过化学氧化的方法制备石墨烯氧化物(Grapheneoxide)。由于石墨烯氧化物中含有大量的羧基、羟基和环氧键等活性基团，可以利用多种化学反应对石墨烯进行共价键功能化。 １.1 石墨烯的聚合物功能化 (１)聚乙二醇（PEG）具有优异的生物相容性和亲水性，被广泛应用于多种不同的功能化纳米材料，以提高这些材料的生物相容性，减小其对生物分子及细胞的非特定的约束力，也改善了体内的药物代谢动力学，以实现更好的肿瘤靶向性治疗[1,2,3-5]。2008年，Dai 等使用六臂星型氨基聚乙二醇的端氨基与纳米石墨烯片边缘的羧基通过亚胺催化酰胺形成反应，制备PEG 修饰纳米石墨烯片，得到的产物在用于体外给药和生物成像的生理溶液中显示了优良的分散性和稳定性[2]。 （2）除了PEG外，还有其他的被用来共价功能化GO的亲水大分子。刘庄工作组，将氨基修饰的DEX与GO通过共价键键合，得到了具有生物相容性的材料，这种材料大大提高了GO生理溶解性的稳定性[6]。Bao et al.
石墨烯的合成
合成化学综述论文 ——石墨烯的合成 姓名：常俊玉 学号：1505120528
学院：化学化工学院 班级：应化1204班 时间：2015-4-19 石墨烯合成综述 应化1204 常俊玉1505120528 摘要：由于石墨烯优异的电学、光学、机械性能以及石墨烯广泛的应用前景，自英国曼彻斯特大学物理学教授Geim 等得到了稳定存在的石墨烯以来，掀起对碳材料的又一次研究热潮。这10年来，石墨烯的制备方法上取得了重大进展。本文对石墨烯的机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、有机合成法四种制备方法进行了综述，比较可以发现各种合成方法有其优缺点，实际生产可以根据实际情况选择对应方法。 关键词：石墨烯、机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、有机合成法一.引言 石墨烯是由碳原子通过sp2 杂化，构成的单层蜂窝状二维网格结构。石墨烯是构成其他碳同素异形体的基本单元，它可折叠成富勒烯（零维），卷曲成碳纳米管（一维），堆垛成石墨（三维），如图一所示[1]。石墨烯的理论研究已经有60 多年，当时主要用来为富勒烯和碳纳米管等结构构建模型，没有人认为石墨烯会稳定存在，因为物理学家认为，热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下存在。 2004 年，英国曼彻斯特大学物理学教授Geim 等，用胶带反复剥离高定向热解石墨的方法，得到了稳定存在的石墨烯[2]。该发现立即引起了物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，掀起了继富勒烯和碳纳米管之后碳材料的又一次研究热潮。由于石墨烯优异的电学、光学和机械性能，以及石墨烯广泛的应用前景，石墨烯的发现者Geim 教授和Novoselov 博士被授予2010 年度诺贝尔物 理学奖。
石墨烯的制备方法概述
石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或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剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的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，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上， 再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。
1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质，利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中，然后冷却至850°C，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”，“孤岛”逐渐长大，最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后，第二层开始生长，底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用，第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离，只剩下弱电耦合，这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中，超声1h后单层石墨烯的产率为1%，而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明，当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时，溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量，能够较好地剥离石墨烯
石墨烯的表征
石墨烯的表征方法 拉曼光谱分析 拉曼光谱是碳材料分析与表征的最好工具之一。图1是石墨、氧化石墨和石墨烯的拉曼光谱。从图中看出石墨仅在1576 cm-1处存在一个尖而强的吸收峰(G 峰)，对应于E2g光学模的一阶拉曼散射，说明石墨的结构非常规整。当石墨被氧化后，氧化石墨的G峰已经变宽，且移至1578 cm-1处，并且还在1345 cm-1处出现一个新的较强的吸收峰(D峰)，表明石墨被氧化后，结构中一部分sp2杂化碳原子转化成sp3杂化结构，即石墨层中的C=C双键被破坏。此外G带与D带的强度比也表示sp2/sp3碳原子比。这进一步说明氧化石墨中sp2杂化碳层平面长度比石墨的减小。当氧化石墨被还原后，还原氧化石墨即石墨烯的拉曼光谱图中也包含有类似氧化石墨的峰位。石墨烯拉曼光谱图中两个峰(D与G)的强度比高于氧化石墨的，表明石墨烯中sp2杂化碳原子数比sp3杂化碳原子数多，也就是说石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸比氧化石墨的大。这说明了在本实验条件下氧化石墨被还原时，它只有一部分sp3杂化碳原子被还原成sp2杂化碳原子，即氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态，也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。 图1. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)拉曼光谱
X-射线衍射分析 图2是石墨、氧化石墨和石墨烯的XRD图。从图中可以看出石墨在2θ约为26°附近出现一个很尖很强的衍射峰，即石墨(002)面的衍射峰，说明纯石墨微晶片层的空间排列非常规整。石墨被氧化后，石墨(002)面的衍射峰非常小，但在2θ 约为10.6°附近出现很强的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。这说明石墨的晶型被破坏，生成了新的晶体结构。当氧化石墨被还原成石墨烯，石墨烯在2θ约为23°附近出现衍射峰，这与石墨的衍射峰位置相近，但衍射峰变宽，强度减弱。这是由于还原后，石墨片层尺寸更加缩小，晶体结构的完整性下降，无序度增加。 图2. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)的XRD图 原子力显微镜表征 原子力显微镜图像能得到石墨烯的横向尺寸，面积和厚度等方面的信息。一般用来分辨单层或双层石墨烯。
氧化石墨烯的制备和表征 - 副本
氧化石墨烯的制备和表征 在我们的技术中独立的纸一样或foil-like材料是社会不可分割的一部分。他们的用途包括作为防护层,化学过滤器、组件电气电池或超级电容器,粘合剂层,电子或光电组件,和分子存储。基于纳米组件如剥落了蛭石或云母血小板使无机的纸一样的材料一直深入研究和商业化防护涂料、高温粘结剂、电介质壁垒和gas-impermeable膜。因为它们的化学电阻率与大多数媒体,在宽度，温度范围内,密封性能优越,是不透过性液体，碳基柔性石墨薄片堆叠血小板组成的膨胀石墨一直使用在在填料和填料的应用程序。碳纳米管的发现带来了巴基纸,它显示优良的机械和电气性能,使其潜在的适合燃料电池和结构复合应用程序。在这里,我们报告的准备和表征氧化石墨烯纸,一个由血流导引组装独立的碳基膜材料个人氧化石墨烯表。这种新材料在刚度和强度方面优于许多其他的纸一样的材料。这种新材料区别于其他纸一样的材料的刚度和强度。宏观的灵活性和刚度的组合的结果能联锁纳米石墨烯氧化物表的安排。 氧化石墨是一种层状材料组成的亲水氧化的石墨烯薄片(氧化石墨烯表)轴承氧官能团基飞机和边缘。Graphite-oxidebased薄膜是通过solvent-casting方法制造的，但尚不清楚是否氧化石墨分散体使用完全脱落成单个表。此外,生成的薄膜材料的形态和力学性能在侦破而没有阐明。 最近,我们已经表明,在合适的条件下氧化石墨在水中可以接受完全剥落,产生几乎完全个人的胶体悬浮液，平均横向尺寸约1毫米的石墨烯氧化物表。这样的表可以化学功能化,分散在聚合物矩阵,缺氧复合材料屈服小说。我们因此寻求一个方法将氧化石墨烯表组合为秩序井然的宏观结构。我们发现,类似于碳纳米管,石墨烯氧化物表确实可以组装成纸一样的材料并在一个方向流动。真空过滤胶体分散体系的氧化石墨烯表通过一个Anodisc膜过滤并干燥后,独立的氧化石墨烯纸厚度范围从1到30毫米（补充的信息1）。这这种材料在传播在反射白光时是均匀和深棕色,当比5毫米厚时是几乎黑色得了(图1)。氧化石墨烯纸样品的断裂边缘成像通过扫描电子显微镜(SEM)透露well-packed层通过几乎整个论文的截面样本,夹在密集的“波浪”少皮肤层,厚约100 - 200 nm e-g(图1)。这种材料在反射时以均匀和深棕色在传播,在比5毫米厚时几乎黑色得了(图1)。 图1 |氧化石墨烯纸的形态和结构。a-d氧化石墨烯纸模拟、数码相机图像。a,1微米厚(西北大学的标志在纸下）;b,折叠,5微米厚半透明薄膜;c、折叠,25微米厚地带;d,带断裂后拉伸加载。e-g、低收入、中等收入和高分辨率扫描电镜侧视图像,10微末厚样品。h,x射线衍射模式的两个氧化石墨纸样品用两种不同的工具(见方法)。
石墨烯的制备方法
一．文献综述 随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年 确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯；1991年发现了碳纳米管；2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯 家族中又一纳米级功能性材料，它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现，其已 成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。 制备石墨烯的方法有很多种，如外延生长法，氧化石墨还原法，CVD法， 剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。 除此之外，还对其的一些性能进行表征。 二．石墨烯材料 2.1石墨烯材料的结构和特征 石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层 碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。 ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合 材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的 研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石 墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste: 等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的 2倍多,可用于水净化系统。
【精品】氧化石墨烯纸的制备表征
氧化石墨烯纸的制备与表征 无支撑的纸状或者箔状材料是当今社会技术的一个主要的部分。其用途包括保护层,化学过滤器，电气电池或超级电容器组件,粘接层，电子或光电元件和分子的存储。基于纳米级元件的无机纸状材料，如膨化的蛭石或者云母片等得到了深入的研究,并且经商业化用作保护层、高温粘合剂、介质阻挡和气防渗膜.由膨化石墨堆层组成的碳基柔性石墨箔已得长期的应用于包装和衬垫材料，其原因是与大多数介质相比它们的化学抵抗性强、大的温度变化也表现出优越的密封性以及液体的抗渗性。碳纳米管的发现产生了buckypaper.Buckypaper具有优良的机械和电化学特性，这使其结可能适用于燃料电池和结构复合材料。本文报道的是石墨纸的制备和表征。这种新材料的刚度和强度优于许多其他的纸状材料。该材料将宏观柔韧性和刚度结合到一起，其原因是纳米氧化石墨烯层之间呈环环相扣的排列状态。 氧化石墨烯是有亲水性含氧石墨薄片组成的层状材料,在其基底的平面和边缘存在着含氧官能团。用溶液浇铸法已经做出氧化石墨烯基薄膜,但是并不清楚所使用的氧化石墨烯分散剂是否已经完全膨化成单层.而且也没有详细的解释所得的薄膜材料的形态和机械特性。 最近我们已经报道了在合适的条件下氧化石墨烯在水中能够实现完全膨化，生成几乎完全是单个氧化石墨烯层的胶体悬浮液，其平均横向尺寸接近1μm。这样的石墨烯层能够化学官能团化、分散到聚合物基质中并且脱氧产生新的复合材料。因此,开发了一种能将这些氧化石墨烯层组装成有序宏观结构的方法.研究发
现在（directionalflow）定向流速下氧化石墨烯层能够组装成纸状的材料，这点与碳纳米管类似。用Anodisc膜对氧化石墨烯层的胶体分散液进行真空过滤,干燥后即可得到无支撑的氧化石墨烯纸,其厚度为1—30μm。该材料在传输的白光下是均一的呈现深棕色，当厚度大于5μm时几乎为黑色（图1a-c）.SEM扫描氧化石墨烯纸断裂边缘发现几乎整个样品的横截面都有良好的包覆层，夹在密度较低“波浪”状得包覆层之间，其厚度是100—200nm（图1e—g）. 制备的氧化石墨烯纸的分层状态由其XRD证明（图1h）.典型的氧化石墨烯纸样品的XRD谱图中的峰对应的是层间距(d-间距)为0。83nm。在氧化石墨烯的d-间距跟水含量的依赖性关系的研究中，测得的间距可以归结为约一分子厚的水层，其原因大概是水分子与氧化石墨烯层之间的氢键作用。当氧化石墨烯纸样品垂直朝向衍射平面时,根据XRD衍射峰的宽度使用Debye-Scherrer公式就能计算出有序的氧化石墨烯层堆的平均尺寸，其尺寸为5.2±0.2nm。该尺寸对应的是6—7层得氧化石墨烯层。
石墨烯的性质、应用及合成
石墨烯的性质、应用及合成 摘要：自2004年Geim教授和Novoselov教授在实验室用胶带剥离出石墨烯后，其令人惊叹的性质激发了人们对这一材料的强烈兴趣，Geim教授和Novoselov 教授也因他们“对二维材料石墨烯的开拓性研究”而获得了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯由六方蜂巢晶格排列的碳原子组成，仅有一个原子层厚。下面我将简单介绍一下石墨烯的性质、应用及合成。 关键字：石墨烯性质应用合成 石墨烯的性质 对于石墨烯的性质，在此简单介绍一下石墨烯的电学性质、光学性质、电子自旋性质、力学性质和热学性质。 石墨烯的电学性质引起了科技工作者的广泛兴趣，通过简单的最近邻紧束缚计算可以得到较近似的单层石墨烯的能带结构。其能带结构揭示了单层石墨烯的三个吸引人的电学性质：狄拉克点处的载流子密度为零，伪自旋现象和载流子的相对论特性。利用化学反应修饰石墨烯结构已有超过150年的历史，化学过程对石墨烯带来的有利的结构变化主要有两种：从块状石墨剥离得到石墨烯片层，或者进行层间插层。当考虑石墨烯和石墨中的电子自旋时，需要考虑两种类型的自旋，即与缺陷相关的静态自旋和传导电子自旋。在石墨烯中，碳原子采用共价的三重键和方式，即sp2杂化。我们都知道决定键强度的一个重要因素是原子轨道间的重叠度，杂化体系的一个很关键的优势在于，根据最大重叠定律进行的键合会十分牢固，化学键的强度对于一个材料的物理和力学性能十分重要，如熔点、相变的活化能、拉伸和抗剪强度等。实际上，在石墨烯中sp2杂化碳采用的是最强的C-C化学键，考虑到三重键和的C-C键是最强的化学键，所以不难推测石墨烯具有良好的力学性能。碳材料具有多种性质差异显著的同素异形体，不同同素异形体的热导率横跨5个数量级，最高的为金刚石和石墨烯，（2000W/mK），最低的为无定形碳（0.01W/mK），尽管石墨烯为二维晶体材料，和金刚石不太一样，但在很多前沿领域也表现出了优良的热操控性能。 石墨烯的应用 对于石墨烯的应用，我主要讲述一下石墨烯电子器件、石墨烯复合材料以及石墨烯储能器件。 自2004年Geim教授和Novoselov教授在实验室用胶带剥离方法制备出石墨烯，并且制备出石墨烯器件之后，石墨烯在各种电子器件的应用方面取得了很大的进展。石墨烯独特且优异的载流子输运特性使得石墨烯有望成为下一代集成电路的基础材料。石墨烯具有很高的机械强度，这也使得石墨烯适用于微机电系统和纳机电系统器件的制造；石墨烯还具有良好的透光性和导电性，又使其适用于光电器件透明电极。石墨烯高的导电率和特殊的能带结构，使其特别适用于场效应晶体管方面，也已经制备出了石墨烯场效应晶体管（GFET）。石墨烯良好的导电性能、透光性能及化学稳定性使其与传统的透明电极材料氧化铟锡（ITO）相比更具有优势，而且石墨烯在整个光谱上光透过率维持着统一的分布。例如，2010年6月，韩国SKKU和三星联合报道了在铜箔上生长30英寸单层石墨烯，他们所制备的单层石墨烯面电阻为125Ω/sq，透过率高达97.4%，这一性能已经超过了ITO，在触控显示屏以及柔性电子器件领域具有非常好的应用前景。石墨烯具有高迁移率、高透光率了、高稳定性、可功能化及其他优异的电学特性，这使其不
石墨烯的制备方法及其应用特性
万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 石墨烯地制备方法及其应用特性 作者：张伟娜，何伟，张新荔，，， 作者单位：西安交通大学能源与动力工程学院化学工程系,西安刊名： 化工新型材料 英文刊名： 年，卷(期)：，() 被引用次数：次 参考文献(条) 文档收集自网络，仅用于个人学习 () ' 文档收集自网络，仅用于个人学习() 文档收集自网络，仅用于个人学习 () () 文档收集自网络，仅用于个人学习 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () ( ) 文档收集自网络，仅用于个人学习 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () () 文档收集自网络，仅用于个人学习 文档收集自网络，仅用于个人学习 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习 () 文档收集自网络，仅用于个人学习
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石墨烯的制备及表征
石墨烯制备及表征 摘要 本文采用液相氧化法制备氧化石墨烯，考察浓硫酸用量，高锰酸钾用量，室温氧化时间及90oC下氧化时间对氧化石墨生成的影响，初步探讨了石墨的液相氧化过程。研究结果表明：XRD可表征产物的氧化程度，氧化程度足够高的产物其XRD谱中出现尖锐的氧化石墨面的特征衍射峰。制备氧化石墨烯的原料为天然鳞片石墨，浓硫酸，高锰酸钾，双氧水。使用的设备仪器有电子分析天平，搅拌器，恒温水浴箱，真空干燥器，超声波震荡器，离心沉淀机，管式炉。 1 前言 石墨在浓硫酸，硝酸，高氯酸等强酸和少量氧化剂的共同作用下可形成最低阶为1阶的石墨层间化合物，这种低阶石墨层间化合物在过量强氧化剂如高锰酸钾，高氯酸钾等的作用下，可继续发生深度液相氧化反应，产物水解后即成为氧化石墨，在制备的过程中浓硫酸等的用量室温，高温反应的时间都对最终产物有较大影响。因此控制试剂的用量及反应的时间存在较大的难度。 本文就浓硫酸，高锰酸钾的用量，室温及90℃高温的反应时间，和节约试剂等方面对该反应进行了进一步探究，找出了一套更完美的实验方案。 2 实验 2.1 氧化石墨烯和石墨烯的制备 将10g石墨和适当量浓硫酸和高锰酸钾依次加入500 mL三口烧瓶中，室温反应1h，加入约60ml蒸馏水，再升高温度至90oC反应，反应一个半小时结束后倒出，加入40ml双氧水反应0.5h后加入大量蒸馏水终止反应。再将其洗涤至中性后再低温(45°C左右)烘干，即得氧化石墨。 将氧化石墨置于通有氩气的石英管中于560°C膨胀约10min。再将其缓慢加热(约2°C/min)至1100°C，将氧化石墨还原使其脱除含氧基团，并完全实现层间剥离，生成石墨烯片。实验流程图如下： 2.2 X射线衍射(XRD) X射线衍射分析(XRD)采用荷兰产PHILIPS X’ PERT MPD PRO型转靶X射线衍射仪，阳极Cu靶(CuKα)，工作电压为40KV，电流为30mA。采用X射线对样品晶体结构进行分析，可以得到样品组成信息。
石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法 来源：厦门烯成 目前，石墨烯材料的制备方法主要有四种：微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。 2004年英国Manchester大学的Geim和Novoselov等人利用微机械剥离法，也就是用胶带撕石墨[1]获得了单层石墨烯，并验证了二维晶体的独立存在。他们利用氧等离子束在1mm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出20微米见方、深5微米的微槽，并将其用光刻胶压制在SiO2/Si衬底上，然后用透明胶带反复撕揭，剥离出多余的石墨片。随后将粘有剩余微片的SiO2/Si衬底浸入丙酮溶液中，超声去除样品表面残余的胶和大多数较厚的片层。所得到的厚度小于10nm片层主要依靠范德华力吸附在硅片上。最后通过光学显微镜和原子力显微镜挑选出单层石墨烯薄片。利用该方法可以获得高质量的石墨烯，但缺点是所获得石墨烯尺寸太小，仅几十或者上百微米。且制备过程不易控制，产率低，不适合大规模的生产和应用。 同年美国佐治亚理工学院W.A. de Heer等人通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶SiC (0001) 面上外延生长石墨烯[2]。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后保持1分钟到20分钟，以形成极薄的石墨层。相比微机械剥离法，外延生长法可以实现较大尺寸，高质量石墨烯制备，是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法，然而石墨烯的厚度由加热温度决定，大面积制备单一厚度的样品比较困难，且SiC过于昂贵，得到的石墨烯难以转移到其它衬底上。
拉曼光谱在石墨烯表征中的应用
拉曼光谱在石墨烯表征中的拉曼光谱在石墨烯表征中的应用应用应用 石墨烯是由高度结晶态石墨单层组成的一种高等新型材料，首次报导于2004年的《科学》杂志上。它是构建其他碳同素异构体（如富勒烯、碳纳米管或石墨）的基本单元（图1）。石墨烯是由英国曼彻斯特大学物理系和俄罗斯琴诺格洛夫微电子科技研究所两组团队首次分离出来的。它具有优异的电子传输性能，其室温下的电子迁移速率高达15000 cm 2 V -1 s -1，因而成为未来纳米电子设备的理想材料。 图1 石墨烯是构建碳同素异构体（如富勒烯、碳纳米管或石墨）的基本单元[1] 石墨烯具有优异的机械强度和热导率，其机械强度要比钢铁高出200多倍。研制出运行速度高达兆赫兹的新一代超高速纳米晶体管是石墨烯研究中的一个热门领域。由于特殊的尺寸和光学性质，石墨烯在绝大多数衬底上都很难被观察到。 对于石墨烯设备研究来说，确定石墨烯片层数以及量化无序性对其特性的影响是至关重要的。显微拉曼光谱是表征上述两种性能的简单可靠方法。拉曼光谱的高度结构选择性，光谱和空间的高分辨率以及无损分析特征使得拉曼光谱成为石墨烯快速发展领域标准而理想的分析工具。 石墨烯和石墨烯片石墨烯和石墨烯片的拉曼光谱的拉曼光谱的拉曼光谱 如图2所示，石墨烯的拉曼谱图是由若干谱峰组成的。这些拉曼峰已被准 单层石墨烯 富勒烯 碳纳米管 石墨
确地表征和理解。以下将具体描述每个谱峰。 G峰 石墨烯的主要特征峰，即G峰，是由碳原子的面内振动引起的，它出现在1580cm-1附近（如图2）。该峰能有效反映石墨烯片层数，极易受应力影响。 2D峰 G峰 D峰 图2：石墨烯的拉曼光谱 随着石墨烯片层数n的增加，G峰位置会向低频移动，其位移与1/n相关[2]（图3）。 单层 双层 石墨 图3常用于表征石墨烯片层数的G峰和2D峰 G峰的形状没有显著变化（尽管G峰易受石墨烯片的层数影响，用2D峰来表征石墨烯更为可取，其原因将在后面解释）。 此外，G峰容易受掺杂影响，其峰频与峰宽可用于检测掺杂水平[3]。