石墨烯的提炼方法主要包括以下几种,按工艺特点分类如下:
一、物理法(传统方法)
机械剥离法 通过摩擦或刮擦将天然石墨逐层剥离,可得到单层或多层石墨烯。2004年英国科学家使用透明胶带实现规模化制备,但产量低、可控性差,难以工业化。
取向附生法
利用金属基质的原子结构(如钌)诱导碳原子自组装形成单层石墨烯。需在高温下处理,但可获得高纯度单层结构。
二、化学法
氧化还原法
先用硫酸、硝酸等氧化剂氧化石墨,再通过化学还原(如高温水洗、低温干燥)得到氧化石墨烯,最后还原为石墨烯。操作简单但污染严重,产品质量较低。
溶剂剥离法
通过有机溶剂(如丙酮)溶解石墨层,再通过物理手段分离单层石墨烯,但存在尺寸控制困难的问题。
三、气相沉积法(CVD)
在高温下,含碳气体(如甲烷)分解沉积在金属基底上形成石墨烯薄膜。优点是面积大、质量高,但成本高且工艺复杂。
四、外延生长法
SiC外延法
在超高真空环境下,硅原子升华后碳原子重构形成石墨烯,需高温设备支持,适合高质量需求。
化学气相沉积法(CVD)
通过控制反应条件(温度、气体成分)生长石墨烯薄膜,是目前商业化应用最广泛的方法。
总结:
物理法适合基础研究,化学法和气相沉积法适用于工业生产,外延生长法针对高性能需求。选择方法需综合考虑成本、产量和性能要求。