3電化學(xué)快速剝離法 就現(xiàn)今所提出的氧化還原方法,還原后的石墨烯仍存在大量的缺陷結(jié)構(gòu),且工藝上乃是先經(jīng)過劇烈氧化過程后,才透過還原工藝在做結(jié)

3電化學(xué)快速剝離法

就現(xiàn)今所提出的氧化還原方法,還原后的石墨烯仍存在大量的缺陷結(jié)構(gòu),且工藝上乃是先經(jīng)過劇烈氧化過程后,才透過還原工藝在做結(jié)構(gòu)復(fù)原。所以學(xué)者又發(fā)展出利用電化學(xué)的方式來剝離出石墨烯,如圖3所示。這個(gè)工藝可以大量且快速的獲得高品質(zhì)的石墨烯,其剝離下來的石墨烯即呈現(xiàn)高導(dǎo)電特性(載流子遷移率達(dá)~17cm2/Vs)。

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4化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是一種可以獲得大面積且高質(zhì)量石墨烯的工藝方式,也由于石墨烯是成長(zhǎng)于金屬基板上,因此只要尋找到適當(dāng)?shù)奈g刻液來移除底下的金屬,就可以把石墨烯轉(zhuǎn)移至各種基板上,來做后續(xù)多樣性的應(yīng)用。因此相較于早期利用SiC來成長(zhǎng)石墨烯而無法將之取下來使用的瓶頸,此方法提供更為廣泛的應(yīng)用,因此獲得矚目。

化學(xué)氣相沉積法主要利用催化觸媒為成長(zhǎng)之基材(如銅、鎳等),在900-1000℃的溫度下,先通入含有氫氣的混合氣體(H2/Ar)做前處理,將基材做還原,隨后通入成長(zhǎng)石墨烯的前驅(qū)氣體(如氫氣、甲烷),此時(shí)裂解的碳源(CHradicals)將吸附于表面,開始進(jìn)行成核(nucleation)、石墨烯晶域(domain),接著各個(gè)晶域相互連結(jié)成連續(xù)的石墨烯薄膜(如圖4所示)。

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而目前常見的兩種成長(zhǎng)方式,分別是利用鎳、銅這兩種金屬基板。其中鎳金屬基板的成長(zhǎng)較早被提出來,由于它的成長(zhǎng)機(jī)制主要是在高溫時(shí)讓裂解的碳原子溶入鎳金屬中,形成固溶體,并在降溫的過程于鎳的表面析出石墨烯,因此實(shí)際上無法很精確的控制碳原子溶入的量,使得析出石墨烯的層數(shù)無法精確控制。通常這種方式可以獲得高結(jié)晶性但多層的石墨烯,不易得到大面積均勻的單層石墨烯,因此在某些需要精確控制石墨烯層數(shù)的應(yīng)用(如透明導(dǎo)電薄膜),將受到限制。

隨后,X.Li(2009)等人提出利用銅箔基板來成長(zhǎng)石墨烯,發(fā)現(xiàn)可以獲得大面積均勻且單層的高結(jié)晶性石墨烯。這主要?dú)w因于材料相圖上,碳與銅的固溶性低,因此高溫時(shí),碳原子僅能在銅的表面排列為石墨烯的結(jié)構(gòu),經(jīng)由分析發(fā)現(xiàn)這種方式成長(zhǎng)的石墨烯約大于90%的面積可以得到單一層石墨烯。

5各種制備工藝有缺點(diǎn)對(duì)比分析

總結(jié)上述石墨烯的合成技術(shù),各種技術(shù)都有其特點(diǎn):化學(xué)氣相沉積法可以獲得高結(jié)晶性且大面積的石墨稀、還原氧化石墨烯的方法可在低成本下,大量制備石墨烯,但其缺陷高;電化學(xué)剝離法具量產(chǎn)性且結(jié)晶質(zhì)量中等、深具應(yīng)用端的發(fā)展價(jià)值。表1為整理各種石墨烯工藝的特點(diǎn)比較以及應(yīng)用端價(jià)值的評(píng)估(依據(jù)量產(chǎn)性與石墨烯結(jié)晶品質(zhì)作為評(píng)估)。

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