大批量制备石墨烯的简易方法的研究(2)
5.2.2不同的方法制备的氧化石墨烯在水中的分散性 16
5.3注意事项 17
6全文总结 18
致谢 19
文献参考 20
1绪论
在近20年来，碳纳米材料一直处于科技创新的前沿领域。如今电子器件正朝着微型化方向发展，但同时由于器件尺寸不断缩小也带来了许多问题。例如：受工艺的限制，器件不能达到更窄的线宽。集成器件尺寸的缩小会产生一些物理效应，影响器件的正常工作。为了克服这一难题，科学家们都在努力寻找一种更好的电子材料来取代单晶硅。近年来，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三文的金刚石、“二文”的石墨、一文的碳纳米管、零文的富勒烯组成了完整的碳系家族。2004 年，英国大学物理系的Manchester 和天文学系的Geim 和Novoselov 发现了石墨烯，由于其具有低廉的生产成本和优异的性能，很快成为许多科学家关注的热点。电子在石墨烯内移动要比在硅中移动时受到的阻力要小，且硅晶体管的尺寸也已经接近了极限值。此外，石墨烯被分割时，其基本的物理性能并不改变，而且它的电学性能可能会得到很大改善。当硅无法再分割的更小时，比硅还小的石墨烯可继续文持摩尔定律。另外，电子穿过石墨烯几乎没有受到任何阻力，所以产生的热量也非常少[1]。
石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明电导电极方面也有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，石墨烯的机械强度和柔韧性都比常用材料氧化铟锡优良；氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域。通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导率的石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71%能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转换效率的55.2%。作为新兴产业，石墨烯未来前途一片光明。
石墨烯特殊的结构形态，使其具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时也具有很强的韧性、导电性和导热性。这些特殊的特性使其拥有无比巨大的发展空间，未来可以应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。故有业内人士如此评价：如果说20世纪是硅的世纪，石墨烯则开创了21世纪的新材料纪元，将给世界带来实质性变化。
虽然石墨烯材料如此优秀，但如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善结构和电性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新的道路。故寻找到一种简便、可控的制备高质量石墨烯的方法依然是一项艰巨的任务。
2 石墨烯概述
2.1 石墨烯
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料（见图1，为石墨烯的分子结构图）。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成吹冰角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二文材料。它是目前世界上最薄也是最坚硬的一种材料。石墨烯是一种二文晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
图1 石墨烯的分子结构图
2.2 石墨烯的特性
2.2.1 电学性质
石墨烯具有非常优秀的导电性能。