石墨烯制備技術(shù)發(fā)展迅速 工業(yè)化制法仍未形成

　　石墨烯制備技術(shù)發(fā)展迅速。石墨烯優(yōu)良的性能和廣泛的應用前景，極大的促進了石墨烯制備技術(shù)的快速發(fā)展。自2004年Geim等首次用微機械剝離法制備出石墨烯以來，科研人員又開發(fā)出眾多制備石墨烯的方法。其中比較主流的方法有外延生長法、化學氣相沉淀CVD法和氧化石墨還原法等。

　　現(xiàn)有制法還不能滿足石墨烯產(chǎn)業(yè)化的要求。包括微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉淀CVD法和氧化石墨還原法在內(nèi)的眾多制備方法目前仍不能滿足產(chǎn)業(yè)化的要求。特別是產(chǎn)業(yè)化要求石墨烯制備技術(shù)能穩(wěn)定、低成本地生產(chǎn)大面積、純度高的石墨烯，這一制備技術(shù)上的問題至今尚未解決。

　　微機械剝離法

　　石墨烯首先由微機械剝離法制得。微機械剝離法即是用透明膠帶將高定向熱解石墨片按壓到其他表面上進行多次剝離，最終得到單層或數(shù)層的石墨烯。2004年，Geim，Novoselov等就是通過此方法在世界上首次得到了單層石墨烯，證明了二維晶體結(jié)構(gòu)在常溫下是可以存在的。

　　微機械剝離方法操作簡單、制作樣本質(zhì)量高，是當前制取單層高品質(zhì)石墨烯的主要方法。但其可控性較差，制得的石墨烯尺寸較小且存在很大的不確定性，同時效率低，成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

　　外延生長法

　　外延生長方法包括碳化硅外延生長法和金屬催化外延生長法。碳化硅外延生長法是指在高溫下加熱SiC單晶體，使得SiC表面的Si原子被蒸發(fā)而脫離表面，剩下的C原子通過自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。

　　金屬催化外延生長法是在超高真空條件下將碳氫化合物通入到具有催化活性的過渡金屬基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面，通過加熱使吸附氣體催化脫氫從而制得石墨烯。氣體在吸附過程中可以長滿整個金屬基底，并且其生長過程為一個自限過程，即基底吸附氣體后不會重復吸收，因此，所制備出的石墨烯多為單層，且可以大面積地制備出均勻的石墨烯。

　　化學氣相沉淀CVD法最具潛力的大規(guī)模生產(chǎn)方法

　　CVD法被認為最有希望制備出高質(zhì)量、大面積的石墨烯，是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)石墨烯薄膜最具潛力的方法?；瘜W氣相沉淀CVD法具體過程是將碳氫化合物甲烷、乙醇等通入到高溫加熱的金屬基底Cu、Ni表面，反應持續(xù)一定時間后進行冷卻，冷卻過程中在基底表面便會形成數(shù)層或單層石墨烯，此過程中包含碳原子在基底上溶解及擴散生長兩部分。該方法與金屬催化外延生長法類似，其優(yōu)點是可以在更低的溫度下進行，從而可以降低制備過程中能量的消耗量，并且石墨烯與基底可以通過化學腐蝕金屬方法容易地分離，有利于后續(xù)對石墨烯進行加工處理。

　　三星用這種方法獲得了對角長度為30英寸的單層石墨烯，顯示出這種方法作為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法的巨大潛力。但該過程所制備出的石墨烯的厚度難以控制，在沉淀過程中只有小部分可用的碳轉(zhuǎn)變成石墨烯，且石墨烯的轉(zhuǎn)移過程復雜。

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