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CVD法制备富勒烯薄膜及其电学性能研究

时间:2011-06-30 19:57:07  来源:  作者:

石墨烯

2004年,英国A.K. Geim 领导的研究小组报道了关于单层石墨Graphene的制备[20],发现其特殊单原子层的结构使其具有许多独特的物理化学性质,如大的比表面积,高的电子迁移率、较小的质量密度、高的热稳定性和化学惰性。石墨烯独特的二维平面结构可以形成零维的富勒烯、一维的碳纳米管(CNTs)、三维的金刚石和石墨,充实了碳材料家族体系。

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常见的制备石墨烯的方法有:微机械剥离法,化学气相沉积法,外延生长法以及氧化石墨还原法。

2004年,Geim领导的研究小组利用微机械剥离法首次制备出石墨烯。原子力显微镜观察发现,此方法可得到厚度仅有几个单原子层的石墨烯片层。用此方法制备石墨烯,方法简单,但耗时长,产率低,不利于大规模的生产和应用。

氧化石墨还原法是首先将石墨氧化,得到层间距扩大的氧化石墨后,再将其还原,得到易于制备的石墨烯。氧化石墨的方法主要有HummersBrodieStaudenmaierHummers氧化法优于其他两种方法的优点是安全性较高,绿色环保。此外,氧化剂的选取和不同温度下的氧化时间对氧化石墨的制备及其结构有很大影响,因此,需要优化氧化过程的条件,才能得到合适的氧化石墨,使其易于被还原得到高质量的石墨烯。

对氧化石墨进行的还原方法主要有热还原法、化学还原法、电化学还原法等。化学还原法中常用的还原剂有硼氢化钠、水合肼、二甲基联胺,对苯二酚和硼氢化钠等,通过化学还原法可有效地除去碳层间的各种含氧基团,将石墨氧化物还原成石墨烯,但得到的石墨烯易产生缺陷。

    在张志勇教授的指导下,苗亚宁小组基于密度泛函理论的第一性原理理论研究了本征及缺陷石墨烯的电子结构,取得了阶段性成果。同时,采用氧化石墨还原法制备了石墨烯,如下图所示。

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