石墨烯复合材料的制备及其超电容性能的研究(3)

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Columbia大学的James等人为了探究GO的抗拉伸性，在超薄晶体板上钻取了一个半径为0.75μm的小孔，之后使用GO微粒将这个小孔盖住，接着使用金刚石对覆盖在上面的GO微粒进行施压，GO微粒在压力到达2.9μN时才发生了断裂，如果想要使1m长得GO薄片发生断裂的话，则需要施加55N的力。一般来说，半导体材料是会随着温度的改变而发生改变的，与此同时电子的迁移率也会随之变化，但马里兰大学的研究人员发现，GO确是一种特殊的情况，温度从-370º升至500ºC，GO的电子迁移率并不会发生改变，恒定为15000cm2/V·s，电子迁移率和温度不存在任何相关性，为了增加实验的可信度，他们又对碳纳米管的电子迁移率进行了测试，测试结果显示，碳纳米管的电子迁移率仅能达到GO的一半左右。

研究人员发现，在双极化电场效应的影响下，石墨烯的独特性得到了明显的体现。即便在室温下电子和空穴也能做到连续的和谐共存，载流微粒的密度可达到1013/cm2，如果在液氮中电子迁移率更是可以达到60000cm2/Vs，可以进行微观弹道运输。薛定谔方程几乎适用于所有材料的电子性质，却唯独不能用于GO。GO既不像半导体那样在价带和导带之间存在孔隙，又不同于导体的价带和导带存在重叠部分，它的带隙为零，像是半导体和导体的一种综合体，能带结构相交于费米能级处，呈现一个圆锥形。不存在带隙，使GO存在了一部分金属性，若使用Dirca方程来对GO的电子性能进行计算，准确率还要高于薛定谔方程。

1.4石墨烯的制备方法

1.4.1微机械分离法

这种方法是首先在厚为0.1cm的高定向热解石墨上利用等离子雕出一个矩形凹槽，再将其在在涂覆有光致抗蚀剂的SiO2基底上进行固定，焙固后，槽面粘附于基底，之后使用胶带不断撕扯石墨进而使其被剥离出来，之后使用水以及丙酮进行超声清洗，可以得到许多厚度在10nm之下的GO，它们通过毛细吸附或者在范德华力的作用下被固定在SiO2，之后使用AFM选取其中厚度为单片层的GO。Geim等就是用这个方式发现了单层石墨烯。这个方法总体来说成本较低，并且操作简便，但是速度慢且消耗人力，制得的GO厚度还不易把控，无法运用到GO的大规模制造中[4]。

1.4.2沉积生长法

这种方法首先实在光滑的金属薄膜表面进行含碳化合物的涂覆，在高温下进行一段时间的反应之后，便可得到GO。如果想要调整所得到的GO规格，只需更换不同的金属薄膜，使用不同的反应温度以及调整含碳化合物与薄膜的接触面积。对6H-SiC的表面进行等高温处理，从而脱去Si原子的00001晶面，可以获得GO。第一步使用氢气蚀刻或者表面氧化等方法对SiC单晶进行处理，接着在真空中以电子撞击的方法将单晶加热到1000℃，除去单晶表面的杂质氧化物，然后以为确保杂质氧化物的完全去除，对单晶进行AES能谱分析，最后在1400摄氏度高温下加热约二十分钟即可得到GO。这种方法的同样具有缺点，诸如无法大规模制造，成膜不匀，反应环境需要达到高温以及高真空等条件，实验成本高。这种方法的优势则在单片GO的厚度能够以控制最后加热温度的手段加以调控。

1.4.3氧化石墨还原法

氧化石墨还原法是在实验室制备GO时特别常用的一种方法，首先使用诸如超声劈裂法或者低压高温膨胀等较为常见的物理剥离方式，对RGO进行剥离。之后，再使用硼氢化钠或联氨等一系列还原剂对经过处理的RGO进行还原，得到GO成品。这种方法的优点显而易见，成本易于操控，而且对GO的生产可以批量进行。但是缺点也很明显，由于超声劈裂法或者低压高温膨胀物等剥离方法不便控制，处理后得到的的RGO中混杂有各种不同层数的产物，并且在使用还原剂进行还原这一过程中又无法保证RGO中氧化部分的完全还原，成品中容易仍残存有含氧官能团，最大的问题是这种方法所制备的GO的纵向和横向尺寸无法控制。