文 献 综 述

1.1课题背景

石墨烯自从发现以来，引起了极大的关注。石墨烯为复式六角晶格，基本结构为每个碳原子sp²轨道杂化形成3个共价键，分别与周围最邻近的3个碳原子形成3个σ键，剩余的1个 ｐ电子垂直于石墨烯的表面，与周围的原子形成π键。有限温度下石墨烯可以自由存在，其厚度只有0.3354nm，是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯禁带宽度几乎为零，固有载流子迁移率超过商用硅10倍多，有望取代硅成为纳米电路的理想材料。石墨烯不仅有优异的电学性能和完美的结构，其他方面也表现出奇特的性能，如突出的导热性，高度的透光性，超常的比表面积等，这使得石墨烯在电子、信息、能源和材料等领域具有广阔的应用前景[1]。

1.2石墨烯的制备方法

（1）剥离法

从堆积的石墨中剥离获得石墨烯是最经济的方式。主要的剥离法有机械剥离、电化学剥离、热膨胀剥离和溶剂剥离法等。其中机械剥离法最为常用，通过外力的作用，从石墨晶体表面剥离出石墨烯层，转移到载体表面获得石墨烯。用透明胶带反复剥离高定向热解石墨可获得石墨烯，高定向热解石墨内部缺陷较少，所得石墨烯质量较好，但是偶然性大，可控性不强，不易大规模生产。热膨胀剥离法制备的功能化石墨烯，经超声处理后，80％是单层的。电化学剥离法可从石墨中剥离出高透射率的双层石墨烯，横向尺寸达到30μｍ。这是一个获得高质量、低成本、可扩展生产的石墨烯的方法。溶剂剥离法通过超声处理将溶液中的石墨晶体剥离切割成石墨烯纳米片，然后通过溶剂的相互作用或吸附表面活性剂使其稳定，最后制备出无缺陷和无氧化的石墨烯[2-4]。

（2）还原氧化石墨法

还原氧化石墨法以成本低、产率高、利于工业化生产等优点成为热门的方法。石墨与强氧化剂反应后，会在其边缘接上一些官能团，或者层间插入一些物质，能更容易地剥离出氧化石墨烯，然后还原得到石墨烯，反应中所使用的还原剂决定产物的质量。以有毒的肼作还原剂对环境存在危害，所以寻找新的还原剂变得尤为重要。Fernandez-Merino等[7]通 过比较硼氢化钠、连苯三酚和维生素C的还原效果，发现以维生素C代替肼能获得同样高产的石墨烯，成功开辟了安全无害还原剂替代品的道路。2011年，Fan等［8］以Fe作为还原剂还原氧化石墨，意外发现石墨烯中剩余的Fe在室温下对亚甲基蓝有高的吸附性能。2012年Peng等［9］展示了以天然、廉价、可再生、无毒、易分解的纤维素作为还原剂还原氧化石墨的过程。同年，Ambrosi 等［10］使用氧化铝也成功地还原了氧化石墨烯。这些方法都提供了一个潜在的低成本、环保、大规模的石墨烯生产方法。除此，反应过程中还应该保护石墨烯的结构。Zhang等［11］以超声 分散代替 还 原过程中的机械搅拌，减少了对石墨烯结构的破坏。

（3）化学气相沉积法

一种通过化学反应高温分解含碳的化合物在基片上生长石墨烯的技术[12]，以其产物面积大、导电率高成为制备石墨烯的一种主要方法，尤其是以 SiO₂为基体所制备的石墨烯是重要的电设备材料［13］，但所需的反应温度较高。2009年麻省理工学院的 Reina等［14］用沉积Ni膜的硅片作基体制备出1-12层的最大面积为20μｍ 的石墨烯，并成功从基体上完整地转移下来，从而掀起了化学气相沉积法制备石墨烯的热潮。2011年，Flores等［15］在大气压、1000℃条件下，以铜为基板，液体己烷为碳源，用化学气相沉积法制备出约为11层 的 石 墨 烯，其 透 光 率 为 73.7％。2012年，Qi等［16］利用射频等离子体增强化学气相沉积法在一个更低的温度（650℃）下，在沉积Ni膜的SiO₂基底上合成了高质量的单层或多层大面积石墨烯。沉积过程中引入了微量甲烷气体，使沉积时间缩至30～60ｓ，并可以通过控制反应时间或气体流速控制石墨烯的层数。这种改进后的化学气相沉积法是一种简单、低成本、有效的、低温可控合成大面积的单或多层石墨烯的技术。