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石墨烯如何提煉

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石墨烯如何提煉

採用SiC外延法

SiC外延法是通過在超高真空的高温環境下,使硅原子昇華脱離材料,剩下的C原子通過自組形式重構,從而得到基於SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯,但是這種方法對設備要求較高。可以採用這種方法提煉石墨烯。

1、機械剝離法

機械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動,得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單,得到的石墨烯通常保持着完整的晶體結構

2、氧化還原法

氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學試劑及高猛酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化,增大石墨層之間的間距,在石墨層與層之間插入氧化物,製得氧化石墨。然後將反應物進行水洗,並對洗淨後的固體進行低温乾燥,製得氧化石墨。通過物理剝離、高温膨脹等方法對氧化石墨粉體進行剝離,製得氧化石墨烯。最後通過化學法將氧化石墨烯還原,得到石墨烯。這種方法操作簡單,產量高,但是產品質量較低 。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸,以及使用大量的水進行清洗,帶大較大的環境污染。

3、SiC外延法

SiC外延法是通過在超高真空的高温環境下,使硅原子昇華脱離材料,剩下的C原子通過自組形式重構,從而得到基於SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯,但是這種方法對設備要求較高。

CVD是使用含碳有機氣體為原料進行氣相沉積製得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質量高的特點,但現階段成本較高,工藝條件還需進一步完善。由於石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨使用,必須附着在宏觀器件中才有使用價值,例如觸摸屏、加熱器件等。

石墨烯(Graphene)是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體。

在2015年石墨烯發現之前,石墨烯既是最薄的材料,也是最強韌的材料,斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料,如果用一塊麪積1平方米的石墨烯做成吊牀,本身重量不足1毫克便可以承受一隻一千克的貓。

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品,製造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常緻密,即使是最小的氣體原子(氫原子)也無法穿透。這些特徵使得它非常適合作為透明電子產品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。

作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”,是“新材料之王”。

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