石墨

石墨烯的制备工艺

发布时间:2022/11/15 14:42:30   
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1石墨烯

石墨烯是一种非常特殊的材料,因为它具有导电和透明的优点。材料的透明度通常取决于它的电子性能,需要一个带隙。在正常情况下,透明度和电导率相互排斥,除了一些化合物,如铟锡氧化物(ITO)。然而,与ITO相比,石墨烯也很灵活,能够承受高强度的压力。因此,它对于柔性电子设备的应用非常有吸引力,例如触摸屏。因此,有大量的工作需要解决。本综述中所描述的方法是根据不同的要求来评价的:石墨烯的纯度,它是由缺乏固有缺陷(质量)、获得的薄片或层(尺寸)来定义的。另一方面是可以同时产生的石墨烯的数量或者是特殊设计的机器的复杂性。最后一个属性是该方法的可控性,以实现可重复的结果(控制)。

2剥落

基本上有两种不同的方法来制备石墨烯。一方面,石墨烯可以与已有的石墨晶体分离,即所谓的去角质方法,另一方面,石墨烯层可以直接在基质层上生长。年,诺沃塞洛夫和Gaim用一种简单的胶粘带将石墨烯制成了石墨烯。

2.1“透明胶带法”

在这种微机械的去角质方法中,石墨烯用胶粘带从石墨晶体中分离出来。剥落石墨后,多层石墨烯仍留在磁带上。通过反复剥落多层石墨烯,将其裂解成不同的薄层石墨烯薄片。之后,胶带附着在基片上,胶水就解决了,例如用丙酮,以分离胶带,最后一个剥落的金属丝。所获得的薄片在尺寸和厚度上有很大的差异,在不同的尺寸范围内,从纳米材料到单层石墨烯,取决于所使用的晶圆片的制备。单层石墨烯的吸收率为2%,但由于干扰作用,在SiO2/Si的光学显微镜下可以看到。然而,这种方法很难获得大量的石墨烯,甚至不能考虑到缺乏可控性。这种方法的复杂性基本上是低的,然而,石墨烯薄片需要在地面上进行,这是劳动密集型的。所制备的石墨烯的质量非常高,几乎没有缺陷。

2.2分散的石墨

石墨烯可以在液相中制备。这样可以提高产量,从而获得更高的石墨烯量。最简单的方法是将石墨分散在有机溶剂中,其表面能量几乎与石墨相同。因此,能量障碍必须克服,才能从晶体中分离出来。然后超声在超声波浴中进行数百小时或电压的应用。在分散后,溶液必须离心,以处理厚片。所获得的石墨烯薄片的质量非常高,且具有很高的力学性能。但是它的大小仍然非常小,也不具备可控性。另一方面,复杂性很低,正如上面提到的,这个方法允许准备大量的图形。用热或化学方法将石墨烯导入常规石墨烯。几乎不可能处理掉所有的氧气。。这种方法的性能与原始石墨烯的液相剥离非常相似。只有复杂程度更高,因为石墨氧化物必须首先生产,所以需要使用几种化学物质。此外,所获得的氧化石墨烯必须在以后减少,使用热处理或化学试剂。与原始石墨烯相比,还原氧化石墨烯的质量很差,但氧化石墨烯可能是理想的产品。用Ca和Mg离子修饰的氧化石墨烯可以形成非常拉伸的氧化石墨烯纸,因为在石墨烯薄片的官能团之间,离子是交联剂。

2.3氧化石墨剥离

液相去叶的原理也可以用来去角质氧化石墨。氧化石墨烯是一种亲水分子,它可以通过声波或搅拌的方式在水中溶解。因此,这些层被带负电,从而被电斥力所抑制。在离心后,氧化石墨烯必须重新过滤,溶液通过膜腔静脉泵吸入。将石墨烯薄片做成石墨烯纸滤饼。石墨烯在表面上的沉积可以通过简单的滴注法来完成,即把溶液滴在基板上。为了在离心力的帮助下,实现一种更均匀的涂膜法,以使溶液分散。在喷涂涂层的情况下,将溶液喷洒到样品上,这样就可以进行制备。

2.4基体制备

为了在非液相中使用分散的石墨烯,有不同的衬底制备方法。通过真空在碳化硅晶体。加热时,碳通过镍层扩散,在表面形成石墨烯或石墨层,这取决于加热速率。由此产生的石墨烯比没有N的简单SiC晶体生长所产生的石墨烯更容易从表面分离出来。

3增长表面

获得石墨烯的一种完全不同的方法是直接在表面上种植石墨烯。因此,得到的层的大小并不依赖于初始的石墨晶体。。要么碳已经存在于底物中,要么必须由化学气相沉积(CVD)添加。

3.1化学汽相淀积

化学气相沉积化学气相沉积是一种众所周知的过程,在这种过程中,基底会暴露在气态化合物中。这些化合物在表面上分解,以形成薄膜,使其成为副产品。

有很多不同的方法来达到这个目的,例如用灯丝或等离子体加热样品。石墨烯可以增加了暴露的镍膜的气体混合物H2、CH4和Ar°C。甲烷在表面分解,从而使水基因蒸发。碳向Ni扩散。在原子层冷却后,石墨烯层在表面生长,类似于Ni扩散法。因此,平均层数取决于镍的厚度,可以用这种方法控制。此外,石墨烯的形状也可以被控制。这些石墨烯层可以通过聚合物支持转移,它将附着在石墨烯的顶部。在刻蚀镍后,石墨烯可以被盖在所需的衬底上,聚合物的支撑被剥离或蚀刻。采用这种方法,可以将几层石墨烯冲压在一起,以减少电阻。由于旋转rel在其他层面上,涡轮层石墨没有伯纳堆积,因此单个石墨烯层很难改变它们的电子特性,因为它们与其他层的相互作用很小。

用铜代替镍作为生长基板,其结果是单层石墨烯的含量小于5%,而石墨烯不随时间的增加而增大。这种行为应该是由于碳水化合物的低溶解度引起的。实验人员开发了一种30英寸的石墨烯。使用CVD,一个30英寸的石墨烯层在铜箔上生长,然后通过滚转过程转移到PET膜上。CVD也允许石墨烯的掺杂,例如HNO3,以减少以太电阻。实验人员将四层掺杂的石墨烯叠放在PET薄膜上,从而产生了一个全功能的触摸屏面板。它有90%的光传输和大约30的每平方电阻,比ITO优越。

4总结

概述了不同的方法及其性能。总之,去角质方法的优点是提供了非常高质量和纯度的石墨烯,而且由于其复杂性低,它们是实验室研究的理想材料。然而,所获得的价值的大小,也可以是工业生产。另一方面,在表面上生长的石墨烯可以使石墨烯层的大小达到或多或少的无限大小并且具有很高的可控性,这使得这些方法可以用于工业生产。然而,纯度并不是很高,这使得这些方法不适用于石墨烯的实验室研究。由于CVD是工业中已经使用的一种方法,所以石墨烯的外延生长是一种技术。



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