改善石墨烯资料功能途径的新发现

改善石墨烯资料功能途径的新发现

一项新研讨发现,石墨烯的纯度问题可能是约束这种新资料广泛运用的一个妨碍。削减石墨烯中的硅污染有望提高其功能体现,充分发挥石墨烯在工业界的运用潜能。

石墨烯是从石墨资料中别离出来的、由一层碳原子组成的二维资料。它具有轻浮、强韧、导电和导热功率高级功能,是被工业界寄予厚望的新一代资料。但石墨烯的实践体现却差强人意,在工业界遍及的速度也不行抱负。

改善石墨烯资料功能途径的新发现

澳大利亚皇家墨尔本理工大学研讨人员领衔的团队在英国《天然·通讯》期刊上陈述说,他们运用最先进的扫描透射电子显微镜对市面上的商用级石墨烯样品进行了原子等级的具体查看,发现其间的硅污染程度很高,而这对石墨稀的功能体现有很大影响。比方,受污染的石墨烯作为电极的功能可比理论预期值低50%。

参加研讨的朗赫拉·阿里·贾利利在承受新华社记者电话采访时说,因为石墨烯只需一层原子,特别简略遭到外表污染的影响,而硅污染让石墨烯功能体现不行安稳,因而很难建立起一种工业标准来标准石墨烯的功能指标。

进一步试验发现,尽管直接铲除石墨烯中的硅污染难度较大,但只需铲除制备石墨烯的原资料——石墨中的硅成分,就能较简略得到高纯度石墨烯。研讨人员运用这种办法制备出高纯度石墨烯,并用它们制成大容量电池,以及灵敏度极高的湿度感应器,证明了高纯度石墨烯的优异体现。

石墨烯制备办法

改善石墨烯资料功能途径的新发现

机械剥离法

机械剥离法是运用物体与石墨烯之间的冲突和相对运动,得到石墨烯薄层资料的办法。这种办法操作简略,得到的石墨烯一般保持着完好的晶体结构。2004年,英国两位科学运用通明胶带对天然石墨进行层层剥离获得石墨烯的办法,也归为机械剥离法,这种办法一度被以为出产功率低,无法工业化量产。尽管这种办法能够制备微米巨细的石墨烯,可是其可控性较低,难以实现大规模组成。

氧化复原法

氧化复原法是通过运用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化,增大石墨层之间的距离,在石墨层与层之间刺进氧化物,制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后将反响物进行水洗,并对洗净后的固体进行低温干燥,制得氧化石墨粉体。通过物理剥离、高温胀大等办法对氧化石墨粉体进行剥离,制得氧化石墨烯。终究通过化学法将氧化石墨烯复原,得到石墨烯(RGO)。这种办法操作简略,产值高,可是产质量量较低。氧化复原法运用硫酸、硝酸等强酸,存在较大的危险性,又须运用很多的水进行清洗,带大较大的环境污染。

运用氧化复原法制备的石墨烯,含有较丰厚的含氧官能团,易于改性。但因为在对氧化石墨烯进行复原时,较难操控复原后石墨烯的氧含量,一起氧化石墨烯在阳光照耀、运送时车厢内高温等外界每件影响下会不断的复原,因而氧化复原法出产的石墨烯逐批产品的质量往往不一致,难以操控质量。

取向附生法

取向附生法是运用成长基质原子结构“种”出石墨烯,首先让碳原子在1150℃下进入钌,然后冷却,冷却到850℃后,之前吸收的很多碳原子就会浮到钌外表,终究镜片形状的单层的碳原子会长成完好的一层石墨烯。第一层掩盖后,第二层开端成长。底层的石墨烯会与钌发生激烈的相互作用,而第二层后就简直与钌彻底别离,只剩余弱电耦合。但选用这种办法出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碳层的特性。

碳化硅外延法

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下,使硅原子提高脱离资料,剩余的C原子通过自组方式重构,然后得到根据SiC衬底的石墨烯。这种办法能够获得高质量的石墨烯,可是这种办法对设备要求较高。

赫默法

通过Hummer法制备氧化石墨;将氧化石墨放入水中超声涣散,构成均匀涣散、质量浓度为0.25g/L——1g/L的氧化石墨烯溶液,再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加质量浓度为28%的氨水;将复原剂溶于水中,构成质量浓度为0.25g/L——2g/L的水溶液;将制造的氧化石墨烯溶液和复原剂水溶液混合均匀,将所得混合溶液置于油浴条件下拌和,反响结束后,将混合物过滤洗刷、烘干后得到石墨烯。

化学气相堆积法

化学气相堆积法即(CVD)是运用含碳有机气体为质料进行气相堆积制得石墨烯薄膜的办法。这是现在出产石墨烯薄膜最有用的办法。这种办法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特色,但现阶段本钱较高,工艺条件还需进一步完善。因为石墨烯薄膜的厚度很薄,因而大面积的石墨烯薄膜无法独自运用,有必要附着在微观器材中才有运用价值,例如触摸屏、加热器材等。

低压气相堆积法是部分学者运用的,其将单层石墨烯在Ir外表上生成,通过进一步研讨可知,这种石墨烯结构能够跨过金属台阶,连续性的和微米标准的单层碳结构逐步在Ir外表上构成。毫米量级的单晶石墨烯是运用外表偏析的办法得到的。厘米量级的石墨烯和在多晶Ni薄膜上外延成长石墨烯是由部分学者发现的,在1000℃下加热300纳米厚的Ni 膜外表,一起在CH4气氛中进行露出,通过一段时间的反响后,大面积的少量层石墨烯薄膜会在金属外表构成。

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