El método para obtener productos de grafeno.

Intercalación de grafito

En este método, se utilizó grafito en escamas natural como materia prima y se utilizaron elementos de metal alcalino como agente de intercalación. Los compuestos interlaminares de grafito aceleran el proceso de decapado de grafito desde dos aspectos. En primer lugar, el agente de intercalación aumenta la distancia entre las capas de grafito y debilita la fuerza de van der Waals entre las capas de grafito. En segundo lugar, después de insertar el litio, el potasio, el cesio y otros metales alcalinos, se introduce un electrón en la red de grafito, de modo que la superficie del cristal se carga negativamente, lo que genera repulsión electrostática, lo que hace que el cristal de grafito sea propenso a desprenderse. Finalmente, se obtuvieron láminas de grafeno mediante ultrasonidos y centrifugación.

Sin embargo, las láminas de grafeno preparadas por este método son multicapa (>, 10 capas), con un espesor de más de decenas de nanómetros, y la adición de materiales intercalados destruirá la estructura híbrida sp2 del grafeno, afectando así las propiedades físicas y químicas. de grafeno.

Decapado de solución

El método de extracción con solvente es dispersar el grafito en el solvente para formar una solución de dispersión de baja concentración, usar ultrasonido o efecto de cizallamiento de alta velocidad para debilitar la fuerza de van der Waals entre las capas de grafito, insertar el solvente entre las capas de grafito, pelar la capa por capa y preparar grafeno. En 2014, Paton et al. primero dispersó grafito en un solvente de n-metilpirrolidona (NMP), y usó cizallamiento simple de alta velocidad para realizar una extracción rápida y eficiente de grafito para obtener algunas capas de solución de dispersión estable de grafeno, y propuso una forma efectiva de realizar a gran escala producción de grafeno.

El grafeno de alta calidad se puede preparar mediante el método de extracción en fase líquida. No se introduce ninguna reacción química en todo el proceso de decapado en fase líquida, evitando la introducción de defectos estructurales en la superficie del grafeno, que proporciona grafeno de alta calidad para la aplicación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento. La principal desventaja es que el rendimiento es muy bajo y no es adecuado para aplicaciones comerciales y de producción en masa.

Método de deposición química de vapor (CVD)

Este método es el método principal para preparar materiales de película semiconductora a gran escala en la industria mediante reacción química de materiales de reacción en estado gaseoso a alta temperatura y deposición de material sólido sobre la superficie de la matriz metálica después del recocido. La preparación de grafeno mediante el método CVD consiste en descomponer el gas en átomos de carbono y átomos de hidrógeno mediante calentamiento a alta temperatura, y luego los átomos de carbono se depositan en la superficie del sustrato mediante recocido para formar grafeno. Finalmente, el sustrato metálico se elimina mediante grabado químico. En 2009, Hong et al. depositó grafeno con un espesor de capa atómica de 6 ~ 10 sobre la capa de níquel por primera vez mediante el método CVD. En 2013, Bharathi et al. preparó grafeno monocristalino con un diámetro de aproximadamente 1 cm mediante el método CVD.

El método CVD se considera el método más prometedor para producir grafeno de alta calidad y de gran superficie, y el método industrial más prometedor para producir película de grafeno. Sin embargo, este método no es adecuado para la preparación de polvos macroscópicos de grafeno a gran escala, lo que limita su aplicación. Además, la separación del grafeno del sustrato se realiza mediante el método de corrosión química de los metales, que requiere una gran cantidad de ácido y provocará una gran contaminación al medio ambiente, manteniendo el costo elevado. Por lo tanto, cómo quitar el grafeno del sustrato de manera eficiente y económica para obtener un grafeno completo es el principal problema al que se enfrenta este método.

Proceso REDOX

El proceso REDOX se puede simplificar como "eliminación por oxidación - reducción" en tres pasos y específico para el primer uso de oxidante fuerte para el tratamiento de oxidación del grafito, en la superficie del óxido de grafito forma un grupo hidroxilo hidrófilo, grupos que contienen oxígeno epoxi y carboxilo, como el proceso puede hacer que el espaciado de la capa de grafito de 0.34 nm se expanda a 0.8 nm, la distancia entre las capas se expande puede debilitar efectivamente la capa intermedia van der Waals atractiva, fácil de pelar; Y luego, el método de uso de óxido de grafito de extracción ultrasónica, radiación ultrasónica en la oxidación de la interacción de densidad de la suspensión de grafito, produce una gran cantidad de pequeñas burbujas de aire en el líquido, las burbujas en la presión negativa de la formación de área de transmisión longitudinal ultrasónica, crecimiento y en el área de presión positiva se cerró rápidamente, llamado "efecto de cavitación" en este proceso, las burbujas cerradas pueden formar más de 1.0 x 108 pa de alta presión instantánea, la alta presión generada continuamente como una serie de pequeños "explotar" impacto constante de óxido de grafito , obtenga óxido de grafito y elimine rápidamente la monocapa de óxido de grafeno; Finalmente, el go se redujo a alta temperatura o en una solución reductora para eliminar los grupos que contienen oxígeno como los grupos hidroxilo, los grupos epoxi y los grupos carboxilo en la superficie del go y restaurar la perfecta estructura híbrida bidimensional sp2 del grafeno para obtener productos de grafeno. .

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