石墨烯快速制备技术

石墨烯可以视为单层石墨结构，其独特的二维结构及其优良导电性使其在微电子、半导体、电池以及防腐涂层中得到应用。目前石墨烯生产方法主要有机械剥离法，化学气相沉积法，电辅助氧化法和氧化还原法。表1里列举了这几种方法的优缺点。表1 石墨烯各生产方式优缺点对比生产方式优点缺点石墨烯品质较高，操作获得的石墨烯尺寸不稳定，无法实现量机械剥离法简单，成本低廉产。操作相对简单，石墨烯可以大面积生长，得到高温工艺，成本高；只能达到平方厘米化学气相沉积法的石墨烯较为完整，质的量级，难以满足石墨烯的工业化应用量较好难以控制石墨烯生长层数；石墨烯较难电辅助氧化法生产设备简单从 SiC 基板上转移；使用强氧化剂，有害气体产生。石墨烯在生产过程易发生不可逆转的团简单易行的工艺成、高聚；氧化还原的过程中，电子结构及晶氧化还原法效且成本较低体的完整性易被破坏，难以生产高品质产品；生产废液造成环境污染。本团队开发的石墨烯采用气氛-电弧法，可以实现石墨烯的快速制备。相比于传统石墨烯制备方法，它具有如下优势： 1）生产效率极高。氧化法制备石墨烯耗时约 3-7 天电弧法可在几分钟到十几分钟内完成，效率是普通方法的400多倍。 2）可实现自动化。电弧法制备石墨烯属于纯物理法，从填料，抽气，放电，到收集，整个过程都可以用设置程序完成，实现自动化。 3）清洁，无污染。传统的化学氧化法要大量使用浓硫酸，磷酸，高锰酸钾，硝酸盐等，制备过程中会造成空气污染和水污染，工人的操作环境差。而电弧法在密闭的腔室中完成，而且不会产生污染物。 4）材料纯度高。物理电弧法不会引入杂质对石墨烯造成污染，而且电弧放电是持续稳定的，因此，石墨烯的纯度高，均一性好。电弧法制备的石墨烯形貌如图1 所示，石墨烯为小尺寸片状形貌，透射电镜（图1c，d）显示石墨烯为1-7层不等的碳原子层组成。图1 石墨烯形貌表征

【技术指标（性能参数）】层数 1-7层纯度 90%（视石墨棒加工方法）尺寸 200-500 nm