石墨烯复合材料的制备和性能研究(3)
1.3 石墨烯制备方法
石墨烯一经发现就吸引了全球材料化学的研究的目光，而现今石墨烯的制备方法五花八门，其中较为典型的方法有微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂剥离法、溶剂热法等几种方法[8]。
1.3.1 微机械剥离法
在2004年，安德烈海姆等第一次运用微机械剥离技术，在高定向热裂解石墨上成功地剥离并发现到单层石墨烯。他的研究组又同样利用这一技术成功制得了准2D石墨烯并发掘到了其形貌，总结出了石墨烯其二文结构产生的真正原因［9］。微机械剥离法能够制备得到高质量的石墨烯材料，但其产率低下成本高昂的弊端难以满足工业生产的大量要求，所以仅仅只能被用做实验室高精度的研究使用。
1.3.2 化学气相沉积法
化学气相沉积法第一次在大量制备石墨烯生产方面给了一定的启发。化学气相沉积法指的是将反应物在气态条件下发生化学反应,反应生成的固态物质将会在加热的基体表面上沉积下来，随即制备固体材料的工艺方法［10］。
而在麻省理工学院、韩国成均馆大学和普渡大学的研究室在利用化学气相沉积法制备石墨烯时。这些实验室利用一种把镍当为基片的管状简易沉积炉，在这种特殊的沉积炉中通入一种含碳的气体，比如：碳氢化合物，而这种含碳气体将在高温下会分解成为碳原子。这些碳原子随即在镍的表面上沉积,进而得到片状石墨烯［11］。然后利用适当的化学刻蚀，可令石墨烯薄片与镍片分开而得到石墨烯。此薄片能在80%透光率的条件下，其电导率能够接近1.1×106 S/m，因而具有发展为新型导电薄膜的潜力。应用化学气相沉积法可以制备出面积较大、质量较高的石墨烯材料，可是反应对所使用的基片材料要求极高，导致成本过高，这已成为化学气相沉积法生产石墨烯中难以解决的一大问题［12］。可见化学气相沉积法尽管能够实现规模化生产高质量石墨烯的需求，但成本高昂，工艺繁杂的难题依旧困扰着石墨烯发展的脚步。
1.3.3 氧化-还原法
相比上述方法，氧化-还原法具有成本低廉易于成功的优势，并且能够生成稳定存在的石墨烯悬浮液，随即解释了为何石墨烯材料不易分散的疑惑。因而，迅速成为利用率最高的石墨烯制备方法［13］。氧化-还原法指的是利用石墨粉与氧化物和强酸相互反应从而制备得到的氧化石墨(GO)，再利用超声波分散，从而制备得到氧化石墨烯［14］，随后加入还原剂去除GO表面上存在的含氧基团，例如羟基、羧基和环氧基，从而获到石墨烯材料。
自从发现氧化-还原法以来，它迅速被认为是实验室条件下制备石墨烯高效简便的最佳方法，受到了大量石墨烯材料研究者的欢迎。沃尔夫等还发现利用添加还原物例如对苯二酚、对苯二酚、液肼、硼氢化钠等能够去除石墨烯中的含氧基团，就可制备出石墨烯材料［15］。但是氧化还原法并非十全十美，氧化还原法的弊端在于大量制备可能会引入废液污染并且得到的石墨烯材料有一些缺陷［16,17］，比如：五元环、七元环等拓扑缺点或-OH基可能存在的构型缺点，这些缺点会致使石墨烯一定电学性能的缺失，令石墨烯的利用受限。
1.3.4 溶剂剥离法
溶剂剥离法指的是利用少许石墨粉分散在溶剂当中，构成低浓度的分散溶液，随后进行超声共振，而利用超声波共振的原因是使石墨层与层之间的范德华力得到破坏，经过超声后的溶剂能够插入进石墨层之间的缝隙，使得石墨烯与石墨烯之间脱离，从而制备得到石墨烯［18］。这种方式不会如同氧化还原法一样破坏石墨烯之间的结构，从而得到高质量的石墨烯材料。通过考察还发现运用高定向微晶人造石墨、热裂解石墨、热膨胀石墨都适合被用来通过溶剂剥离法制得石墨烯材料［19］。溶剂剥离法能够得到较高质量的石墨烯材料，液相剥离的全部过程中没有缺陷被导入到石墨烯的表面，使得这种方法能被应用于多个领域例如多功能复合物、电子学。而溶剂剥离法的缺陷在于生产率较低，不利于大规模生产
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