石墨烯的基本特性和如何制作石墨烯的方法說明

　　人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。石墨烯（Graphene）的理論研究已有 60 多年的歷史。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004 年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈· 海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗而共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯的出現(xiàn)在科學界激起了巨大的波瀾，從2006年開始，研究論文急劇增加，作為形成納米尺寸晶體管和電路的“后硅時代”的新潛力材料，旨在應用石墨烯的研發(fā)也在全球范圍內急劇增加，美國、韓國，中國等國家的研究尤其活躍。石墨烯或將成為可實現(xiàn)高速晶體管、高靈敏度傳感器、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽能電池等多種新一代器件的核心材料。

　　目前有關石墨烯的制備方法，國內外有較多的文獻綜述，石墨烯的制備主要有物理方法和化學方法。物理方法通常是以廉價的石墨或膨脹石墨為原料，通過微機械剝離法、液相或氣相直接剝離法來制備單層或多層石墨烯，此法原料易得，操作相對簡單，合成的石墨烯的純度高、缺陷較少，但費時、產率低下，不適于大規(guī)模生產。目前實驗室用石墨烯主要多用化學方法來制備，該法最早以苯環(huán)或其它芳香體系為核，通過多步偶聯(lián)反應取代苯環(huán)或大芳香環(huán)上6個，循環(huán)往復，使芳香體系變大，得到一定尺寸的平面結構的石墨烯（化學合成法） ［3］。2006 年Stankovich 等首次用肼還原脫除石墨烯氧化物（graphene oxide，以下簡稱GO）的含氧基團從而恢復單層石墨的有序結構（氧化還原法），在此基礎上人們不斷加以改進，使得氧化還原法（含氧化修飾還原法）成為最具有潛力和發(fā)展前途的合成石墨烯及其材料的方法［5］。除此之外，晶體外延生長、化學氣相沉積也可用于大規(guī)模制備高純度的石墨烯。本文重點總結近三年化學法，尤其是氧化還原法制備石墨烯的研究進展，并對制備石墨烯的各種途徑的優(yōu)缺點加以評述。