什么是石墨烯
2017-04-01 19:03 来源:矿材网 编辑:矿材网

 石墨烯是一种由单层碳原子SP2杂化堆积成的具有二维蜂窝状晶体结构的碳质材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵,每个碳原子都与3个相邻的碳原子之间形成3个连接十分牢固的σ键,剩余的一个P电子在垂直石墨烯平面的方向上,与周围原子形成贯穿全层的大π键,此电子可以自由移动,赋予石墨烯良好的导电性。石墨烯因其独特的二维晶体结构,具有很多优异的性能。

 1、石墨烯制备方法:这几年石墨烯的制备方法不断被改进,以便能制备出层数可控、大面积、高质量、低成本的石墨烯。目前主要使用的方法有剥离法、化学气相沉积法、还原氧化石墨法、外延生长法、溶液合成法、刨开纳米管法等,其各有优缺点。

 1。1剥离法:从堆积的石墨中剥离获得石墨烯,工艺简单、制作成本低,是最经济的方式。主要的剥离法有机械剥离、电化学剥离、热膨胀剥离和溶剂剥离法等。其中机械剥离法最为常用,通过外力的作用,从石墨晶体表面剥离出石墨烯层,转移到载体表面获得石墨烯。

 1.2还原氧化石墨法:石墨与强氧化剂反应后,会在其边缘接上一些官能团,或者层间插入一些物质,能更容易地剥离出氧化石墨烯然后还原得到石墨烯,反应中所使用的还原剂决定产物的质量。还原氧化石墨法以成本低、产率高、利于工业化生产等优点成为热门的方法。

 1.3化学气相沉积法:一种通过化学反应高温分解含碳的化合物在基片上生长石墨烯的技术,以其产物面积大、导电率高成为制备石墨烯的一种主要方法,尤其是以SiO2为基体所制备的石墨烯是重要的电设备材料,但所需的反应温度较高。

 1.4外延生长法:在单晶表面外延生长石墨烯,再通过化学刻蚀将其从基片上转移下来。主要是加热SiC单晶表面,脱附Si原子来制备石墨烯,也有用到NiC的。但是SiC单晶表面结构复杂,很难得到大面积、厚度均一的石墨烯。

 2、石墨烯的应用

 基于石墨烯所具有的优良性能以及其制备方法的日渐成熟,石墨烯成为高速晶体管、高灵敏度传感器、超级电容器、复合材料、H2储存以及高效太阳能电池等器件的核心材料。

 2.1晶体管

 石墨烯远比硅高的载流子迁移率,零禁带特性、仅0.34nm的极薄的厚度,尤其是特有的超大比表面积使其对于制备大规模集成设备很有优势。

 2.2超级电容器

 石墨烯具有良好的导电性和超大的比表面积,同时其片之间形成的微孔结构利于电解液渗透和电子传输,是超级电容器的理想电极材料。

 2。3传感器

 石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛应用,具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点,能提升传感器发各项性能。

 2.4太阳能电池

 由于石墨烯在宽的波长范围内具有很高的透过率和载流子迁移率,结合优异的力学性能和稳定性,因而是有望替代有毒、价格昂贵、对酸性和中性环境敏感、热稳定性较差、吸收光谱范围较小的氧化铟锡,是理想的透明电极材料。

 2。5生物医学

 石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。

 

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