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石墨烯是由碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的炭材料，厚度僅為一個碳原子，石墨烯具有許多奇特而優(yōu)異的性能，如高的楊氏模量和載流子遷移率、巨大的比表面積、優(yōu)良的熱導率和透光性等。此外，它還具有零載流子濃度極限下的最小量子導電率、分數(shù)量子霍爾效應、半整數(shù)量子霍爾效應、量子霍爾鐵磁性和激子帶隙等現(xiàn)象。近年來隨著對石墨烯材料研究的不斷深入，其應用范圍不斷擴大，迄今為止石墨烯材料已在能量儲存、液晶器件、電子器件、柔性光電器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領域顯示出廣闊而美好的應用前景。石墨烯所制成的薄片也因其擁有優(yōu)良的透明性、柔軟性以及導電性等特點，在光子、電子以及光電設備領域中應用廣泛，極具發(fā)展前景。
1.微機械分離法
該方法的基本原理在于使用機械作用力來克服石墨層之間的范德華力，使石墨烯得以分離，從而得到一小部分的單層石墨烯。
Ⅰ.直接使用膠帶揭下一層HOPG石墨；
Ⅱ.通過膠帶之間的反復粘貼，使石墨片層變薄，出現(xiàn)包含單層石墨烯的片層；
Ⅲ.單層石墨烯通過膠帶從而轉移到襯底上。
機械分離法的最大優(yōu)點在于其工藝簡單、樣品的質量高，但是產(chǎn)量和產(chǎn)率低，不可控，無法實現(xiàn)石墨烯的大面積和規(guī)模化制備。
2.外延生長法
外延生長法是指利用晶格匹配，在一個晶體結構上生長出另一種晶體的方法。根據(jù)所選擇的基底種類，外延法可以分為SiC外延生長法和金屬表面外延生長法。
SiC外延生長法：
Ⅰ.對Sic單晶片進行氧化或是H?刻蝕處理；
Ⅱ.將處理后的Sic單晶片置于超高真空和高溫環(huán)境中；
Ⅲ.利用電子束轟擊SiC單晶片，除去其表面氧化物；
Ⅳ.在高溫條件下將其表面層中的Si原子蒸發(fā)，使表面剩余的碳原子發(fā)生重構；
Ⅴ.在SiC單晶片表面外延生長石墨烯。
SiC外延生長法從本質上來說就是一種碳原子的重構化學反應，通過對該方法的工藝參數(shù)進行控制，利用SiC外研發(fā)還可以實現(xiàn)單層和多層石墨烯的可控制備。
金屬表面外延法：
Ⅰ.在高真空環(huán)境中，加熱裂解含碳化合物前驅體
Ⅱ.熱裂解產(chǎn)生的碳原子在單晶金屬表面沉積排列生成石墨烯。
金屬表面外延法其本質就是一種熱解碳在金屬單晶表面的重構反應，該方法最大的優(yōu)點就是能夠通過設計、調控和優(yōu)化反應條件以及制備工藝參數(shù)，從而得到大面積、均勻鋪滿金屬基底的幾乎無缺陷的高質量石墨烯。
外延生長法做制備的石墨烯，不僅具有良好的均一性，而且能和當前的集成電路很好地兼容。但是該方法的制備環(huán)境十分苛刻，如超高真空、高溫和使用單晶基體扽，會在一定程度上限制石墨烯在集成電路以外的其他大規(guī)模應用。
3.化學氣相沉積(CVD)法
Ⅰ.以甲烷等含碳化合物作為前驅體，以單晶或多晶的金屬薄片作為基底；
Ⅱ.高溫環(huán)境的催化下，甲烷等含碳化合物的碳氫鍵斷裂，分解成熱解碳；
Ⅲ.通過控制制備反應條件，熱解碳經(jīng)過成核、重排而生長形成石墨烯。
CVD法制備過程簡單，所得石墨烯質量高，可實現(xiàn)大面積的生長，而且較易于轉移到各種基體上，CVD法如今已被廣泛用于制備石墨烯晶體管和透明導電薄膜，目前已逐漸成為制備高質量石墨烯的重要方法。
4.氧化石墨還原法
氧化石墨還原法制備石墨烯是迄今*泛使用的一種方法。
Ⅰ.將鱗片石墨氧化成氧化石墨；
Ⅱ.氧化石墨之間發(fā)生剝離；
Ⅲ.通過還原方法還原去除各種含氧基團，得到石墨烯。
氧化石墨還原法是一種低成本并且可以實現(xiàn)石墨烯批量生產(chǎn)的方法，但該方法也存在著一定的缺陷，在制備氧化石墨烯的過程中，石墨中的C-C鍵斷裂，共軛結構遭到破壞，使氧化石墨烯為絕緣體，該方法所得到的石墨烯無法充分顯示石墨烯優(yōu)異的物理和化學性能。
5.電化學法
Ⅰ.在恒電動勢的條件下，以高純石墨棒為電機；
Ⅱ.通過電解陰*純石墨棒剝離，沉積到陽極上；
Ⅲ.因為剝離后的石墨烯在電解質溶液中有離子保護作用，被阻止重新聚集形成石墨。
電化學法能夠一步制備出功能化的石墨烯，但制備出的石墨烯片層較厚并且氧含量較高。
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展會城市：株洲市展會時間：2025-05-08