图 1。 石墨烯结构模型图

1。1。2 石墨烯的制备

石墨烯是人类已知的强度最高的物质。石墨烯是单原子层的石墨薄膜，其特殊的二维蜂窝结构赋予其许多新奇的物理特性。例如，它是在常温下，目前已知的导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远超一般导体。此外，还可用石墨烯制造复合材料、电池/超级电容、储氢材料、场发射材料、超灵敏传感器等。因其广泛的应用，使得石墨烯的制备方法研究一直是大家关注的焦点。

目前石墨烯的制备方法有很多，概括下来有如下几种：

1。物理法制备石墨烯

物理方法通常是以石墨或膨胀石墨为原料，通过微机械剥离法、外延生长法、液相或气相直接剥离法来制备石墨烯。由于原料易得, 操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少，物理研究者一般多研究此类方法，但其缺点也非常明显，产率低，不适宜大规模生产。

（1）微机械剥离法

微机械剥离法是制备石墨烯最简单的方法，即直接将石墨烯薄片石墨晶体上直接剥离下来。Novoselovt等就是采用该方法制备出单层石墨烯样品，验证了单层石墨烯的独立存在。

但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。

（2）晶膜生长法 

Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质生长石墨烯。首先在1150℃下让C原子渗入钌中，然后冷却至850℃，降温过程在会导致大量碳原子浮到钌表面，在整个其表面形成单层碳原子“孤岛”，并逐渐长大，最终形成一层石墨烯。第一层覆盖率达80%后，第二层开始生长。因而这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。

（3）液相和气相直接剥离法

液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨加入到某种有机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等将石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮中，长时间的超声即可得到浓度高达1。2mg/mL石墨烯分散液。研究表明，当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时，溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量，能够较好地剥离石墨烯的溶剂表面张力范围为40~50mJ/m2。因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，制备过程不涉及化学变化，液相或气相直接剥离法制备石墨烯具有成本低、操作简单、产品质量高等优点，但也存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重等缺点。

2。化学法制备石墨烯

目前实验室用石墨烯主要通过化学方法来制备，该法最早以苯环或其它芳香体系为核，通过多步偶联反应使芳香体系变大，得到一定尺寸的石墨烯。目前，使得氧化石墨还原法成为最具有发展前途的合成石墨烯及其材料的方法。除此之外，化学气相沉积法和外延生长法也可用于大规模制备高纯度的石墨烯。文献综述

（1）化学气相沉积法

化学气相沉积法的原理是将气态物质通入高温反应装置内，在基底表面生长纳米材料的方法，它是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的技术。

例如，Kim等在Si衬底上镀一层厚度小于300 nm的Ni层，然后在1000 °C的甲烷、氢气和氩气的混合气流中加热，再将迅速降至室温。结果可以在Ni层上沉积6—10层石墨烯。 而且使用该方法，还可以制备出图形化的石墨烯薄膜，应用于不同领域。

化学气相沉积法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，但现阶段因其较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了这种方法制备石墨烯的发展，有待进一步研究。