什么是石墨烯和白石墨烯？

石墨烯：

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。這種獨特的結構賦予了石墨烯優(yōu)異的物理性質，包括電學、力學、熱學和光學等特性。具體來說，石墨烯具有極高的電子遷移率、導電性、導熱性以及機械強度。單層石墨烯的厚度僅為0.335納米，是頭發(fā)直徑的二十萬分之一，且?guī)缀跬耆该?，只吸收約2.3%的光。這些特性使得石墨烯在多個領域具有廣泛的應用潛力，如射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導電薄膜、超強和高導復合材料、高性能鋰離子電池和超級電容器等。

白石墨烯：

白石墨烯，也被稱為六方氮化硼（Hexagonal Boron Nitride，h-BN），是另一種二維材料。其結構與石墨烯相似，由六邊形網格組成超薄平面，但其中的原子不是碳原子，而是氮原子和硼原子。白石墨烯同樣具有許多優(yōu)異的性能，如高透明度、高化學穩(wěn)定性、良好的機械強度以及高熱導率等。然而，與石墨烯不同的是，白石墨烯是絕緣體，不具備導電性。這一特性使得白石墨烯在需要絕緣性能的場合具有獨特的應用價值。

石墨烯和白石墨烯的區(qū)別：

組成元素：石墨烯僅由碳原子組成，而白石墨烯則由氮原子和硼原子組成。

導電性：石墨烯是極佳的導體，而白石墨烯則是絕緣體。

應用領域：由于導電性的差異，石墨烯在電子器件、能源存儲等領域具有廣泛應用；而白石墨烯則因其絕緣性和其他優(yōu)異性能，在需要絕緣性能的場合（如半導體器件的保護層）以及高溫、高壓等極端環(huán)境下的應用具有優(yōu)勢。

石墨烯的制備方法：

石墨烯的制備方法多種多樣，主要包括以下幾種：

化學氣相沉積法（CVD）：

原理：在氣態(tài)條件下，通過化學反應在加熱的固態(tài)基體表面生成固態(tài)物質，從而制備石墨烯。

過程：將碳氫化合物等含碳氣體通入以鎳或銅為基片的沉積爐中，通過高溫使含碳氣體分解為碳原子并沉積在基體表面，形成石墨烯薄膜。再通過輕微化學刻蝕等方法將石墨烯薄膜與基體分離。

特點：可制備大面積、高質量的石墨烯，但工藝復雜、成本高，且單晶鎳或銅的價格昂貴。

溶劑剝離法：

原理：通過溶劑插入石墨層間并破壞層間的范德華力，實現(xiàn)逐層剝離，從而制備石墨烯。

過程：將少量石墨分散在溶劑中，配制成低濃度分散液，然后使用超聲波等方法剝離石墨層。

特點：可制備出優(yōu)質石墨烯，且過程中不會損壞石墨烯表面，但產率不高，限制了其商業(yè)應用。

氧化還原法：

原理：通過氧化石墨再還原的方式制備石墨烯。

過程：首先使天然石墨與強酸及強氧化劑反應生成氧化石墨，然后經超聲分散得到氧化石墨烯，再加入還原劑去除氧化石墨烯表面的含氧基團，得到石墨烯。

特點：制備工藝簡便，是實驗室中常用的方法，但可能引入結構缺陷，影響石墨烯的電學性能。

微機械剝離法：

原理：通過機械力直接剝離石墨層得到石墨烯。

過程：使用膠帶等工具從高定向熱裂解石墨中反復剝離出單層或多層石墨烯。

特點：可制備出高質量的石墨烯，但產率低、成本高，不適合大規(guī)模生產。

白石墨烯（六方氮化硼）的制備方法

白石墨烯（六方氮化硼）的制備方法主要包括以下幾種：

機械剝離法：

原理：通過外力破壞相鄰hBN層之間的層間相互作用，導致hBN剝落。

過程：類似于微機械剝離法，但針對的是hBN材料。

特點：可制備出高質量的白石墨烯，但同樣存在產率低、成本高等問題。

液相剝離法：

原理：在液相環(huán)境中，通過超聲波、攪拌等方法破壞hBN層間的相互作用力，實現(xiàn)hBN的剝落。

過程：將hBN粉末分散在溶劑中，通過超聲波等方法進行剝離。

特點：操作相對簡單，可制備出大面積的白石墨烯片層，但產率和純度可能受到溶劑選擇、超聲條件等因素的影響。

化學氣相沉積法（CVD）：

原理與石墨烯的CVD法類似，但反應物和條件有所不同。

過程：在特定條件下，通過氣態(tài)前驅體在基體表面發(fā)生化學反應生成hBN薄膜。

特點：可制備出高質量、大面積的白石墨烯薄膜，但工藝復雜、設備要求高。

石墨烯應用場景：

電子器件：如納機電系統(tǒng)、場效應晶體管、存儲設備、調制器、激光器等，利用其高導電性和高遷移率特性。

航空航天：作為熱管理材料，解決高速飛行器、微電子器件等領域的散熱問題。

電磁屏蔽：由于其獨特的電磁性能和力學性能，成為新一代高屏蔽效能、寬頻的輕質電磁屏蔽材料。

柔性電子：用于觸摸屏、柔性顯示屏等，利用其高透光率和柔韌性。

傳感器：應用于生物傳感器、DNA傳感器、化學傳感器、氣體傳感器等，利用其大比表面積和優(yōu)異的導電性。

儲能材料：如超級電容器，利用其高比表面積和良好導電性。

生物醫(yī)藥：用于基因遞送、生物替代品開發(fā)等，利用其卓越的力學性能和生物相容性。

白石墨烯應用場景：

半導體領域：作為固相摻雜源，用于半導體材料的制備和改性。

核能和航天：由于其耐高溫、耐輻射等性能，可用于原子堆結構材料、火箭發(fā)動機組成材料等。

潤滑和脫模：作為高溫潤滑劑和脫模劑，在金屬加工和模具制造中發(fā)揮作用。

化妝品：利用其高透明度和化學惰性，可用于某些高端化妝品的配方中。

陶瓷材料：摻入納米級白石墨烯可以顯著提高陶瓷材料的強度、韌性和耐熱性。

綜上所述，石墨烯和白石墨烯在結構、組成、特性和應用場景上各有特色，分別在現(xiàn)代科技的多個領域發(fā)揮著重要作用。