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石墨烯的結(jié)構(gòu)性能及潛在應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：

2021-09-15

石墨烯是比較早合成的二維原子晶體，以其一系列出色的性能受到廣泛關(guān)注。石墨烯的強(qiáng)度、剛度、彈性高，力學(xué)性能好。此外，石墨烯熱導(dǎo)率和電子遷移率非常高，可以調(diào)節(jié)波段縫隙。多種優(yōu)秀的性能集中在一種材料上，使多種應(yīng)用程序能夠替代其他材料，給相關(guān)應(yīng)用程序帶來了一系列技術(shù)革新，那么，下面一起了解下石墨烯的結(jié)構(gòu)性能及潛在應(yīng)用吧!

　　石墨烯是比較早合成的二維原子晶體，以其一系列出色的性能受到廣泛關(guān)注。石墨烯的強(qiáng)度、剛度、彈性高，力學(xué)性能好。此外，石墨烯熱導(dǎo)率和電子遷移率非常高，可以調(diào)節(jié)波段縫隙。多種優(yōu)秀的性能集中在一種材料上，使多種應(yīng)用程序能夠替代其他材料，給相關(guān)應(yīng)用程序帶來了一系列技術(shù)革新，那么，下面一起了解下石墨烯的結(jié)構(gòu)性能及潛在應(yīng)用吧!

　　合成和傳輸

　　目前，石墨烯的合成仍然是石墨烯研究中比較重要的問題。制備石墨烯的方法已經(jīng)有很多種，但制備仍然是限制石墨烯研究和應(yīng)用的主要因素。

　　高商法

　　根據(jù)碳源物相及合成環(huán)境的不同，石墨烯的制備方法可分為固相法、液相法、氣相法，固相法包括機(jī)械剝離法和SiC外延法。膠帶機(jī)可以剝離高定向熱解石墨，獲得高質(zhì)量的石墨烯，這種方法效率低，成本高。

　　在單晶SiC中通過真空石墨化外延生長，可以得到石墨烯。得到的外延石墨烯質(zhì)量高，層數(shù)可調(diào)，可以制備大型石墨烯，但由于反應(yīng)溫度高，SiC材料成本高，SiC外延生長石墨烯成本很高，在產(chǎn)品質(zhì)量或晶粒尺寸上略低于機(jī)械剝離得到的石墨烯。

　　液相法

　　氧化還原法是一種常見的液相法制備石墨烯材料的方法，成本低，產(chǎn)量高，但產(chǎn)品有缺陷。除了使用還原劑外，GO還可以從惰性氣體中恢復(fù)加熱、催化輔助照明或高溫作用、電還原等。通過加熱AFM探針進(jìn)行熱化學(xué)納米光刻，可以獲得納米尺度圖案的rGO，而不會造成探針磨損和樣品損傷。RGO圖案的寬度可以調(diào)整為12-20 m。激光輻照還原還可以實(shí)現(xiàn)rGO模式。熱探針還原和激光還原GO具有穩(wěn)定、干凈、快速、易于操作的優(yōu)點(diǎn)。

　　石墨烯納米條的制備

　　石墨烯是一種二維零帶隙半金屬材料。為了應(yīng)用于電子設(shè)備，先要做的是打開波段縫隙，顯示半導(dǎo)體特性。由于量子限制效應(yīng)和邊界效應(yīng)，石墨烯納米帶(GNRs)具有恒定的帶隙(Eg~1/w，其中W為GNRs帶寬，為常數(shù))。如果w小于10 nm，則GNRs具有帶隙(Eg大于0.3 eV)，表示半導(dǎo)體特性。可以用化學(xué)超聲波制作GNRs。例如，將膨脹石墨超聲波分散到有機(jī)溶劑中，進(jìn)一步離心剝離的石墨懸浮液，就可以得到GNRs。用這種方法制作的GNRs很窄，但生產(chǎn)率低，寬度無法控制。

　　氣象法

　　石墨烯應(yīng)用于電子元件的先決條件是獲得高質(zhì)量、大面積的石墨烯，液相法或機(jī)械剝離法很難得到。但是，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)可以獲得大面積的單層、雙層或多層石墨烯薄膜。在典型的CVD設(shè)備上列出。氣體碳源(例如甲烷)限制了可用碳源的種類，因此，諸如蔗糖和聚甲基丙烯酸酯(PMMA)等廉價(jià)且容易獲得的固體碳源(例如蔗糖和聚甲基丙烯酸酯(PMMA))用于生長石墨烯，以銅或鎳為基準(zhǔn)，反應(yīng)溫度可以在800-1000下獲得可調(diào)節(jié)厚度的石墨烯，并且可以同時(shí)調(diào)節(jié)CVD方法原材料選擇靈活，是獲得大面積高質(zhì)量石墨烯的有效方法。

　　但是CVD生長過程通常需要幾個(gè)小時(shí)，效率較低，生長過程和后續(xù)遷移過程將缺陷引入石墨烯中。由于1000的生長溫度，石墨烯的生長能耗提高，在遷移過程中需要刻蝕金屬基底，基底很難重復(fù)使用，可能會造成浪費(fèi)。綜合以上原因，CVD法生長石墨烯的成本高于液相法。帶有周期性納米孔的三維石墨烯結(jié)構(gòu)也受到廣泛關(guān)注。作為微孔硅酸鋁晶體，沸石是構(gòu)建三維石墨烯結(jié)構(gòu)的理想模板。在沸石孔中添加鑭離子可以降低乙烯和乙炔的熱解碳化溫度，因此，在鑭離子的作用下，石墨烯不會堆積在沸石表面，而是在沸石模板內(nèi)部選擇性地生長。

　　以上介紹的就是石墨烯的結(jié)構(gòu)性能及潛在應(yīng)用，如想了解更多，可隨時(shí)聯(lián)系我們!