中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯具有優(yōu)異的物理、化學和電化學性能，以及優(yōu)良的結構、電子、機械、導熱、光學透明、固有電荷遷移率、機械強度、彈性等特性，是一種高效的電極材料。石墨烯因其特殊的結構和優(yōu)異的性能，被廣泛應用于鋰電池中。
石墨烯的快速發(fā)展急需實現(xiàn)大規(guī)模，批量化地制備結構、厚度和尺寸可控的高質(zhì)量石墨烯。目前制備石墨烯的方法主要包括微機械剝離法，氧化還原法，SiC外延生長法和化學氣相沉積(CVD)法等。
機械剝離法
通過機械力從石墨晶體的表面剝離出石墨烯片層。該方法的優(yōu)點是得到的產(chǎn)物保持著比較完美的晶體結構，缺陷的含量較低。缺點是產(chǎn)生石墨烯的效率較低，不適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，一般僅僅用于實驗室的基礎研究。
氧化還原法
目前，制備氧化石墨(GO)的技術已經(jīng)相當成熟，用石墨制備氧化石墨是低成本、大規(guī)模制備石墨烯的起點。氧化石墨烯溶液經(jīng)過還原即可得到石墨烯，氧化還原方法最大的缺點是制備的石墨烯有一定的缺陷，因為經(jīng)過強氧化劑氧化得到的氧化石墨，并不一定能被完全還原，可能會損失一部分性能，如透光性、導熱性，尤其是導電性，但氧化還原方法價格低廉，可以制備出大量石墨烯，是目前最常用的制備石墨烯的方法。
SiC外延生長法
該法是通過加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001)面上分解出石墨烯片層。具體過程是：將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物。用俄歇電子能譜確定表面的氧化物完全被移除后，將樣品加熱使溫度升高至1250~1450℃后恒溫1~20min，從而形成極薄的石墨層。該方法通常會產(chǎn)生比較難以控制的缺陷，以及多晶疇結構，很難獲得較好的長程有序結構，制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。
化學氣相沉積(CVD)法
ＣＶＤ法是指反應物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在襯底或催化劑表面，進而制得固體材料的方法。化學氣相沉積法是應用最廣泛的一種大規(guī)模工業(yè)化制備半導體薄膜材料的方法。但該方法仍有一些不足之處亟待解決。研究表明，目前使用這種方法得到的石墨烯在某些性能上(如輸運性能)可以與機械剝離法制備的石墨烯相比，但后者所具有的另一些屬性(如量子霍爾效應)并沒有在CVD法制備的石墨烯中觀測到。同時，CVD法制備的石墨烯的電子性質(zhì)受襯底的影響很大。
此外還有熱膨脹剝離法、電弧法、電化學方法等制備石墨烯的方法，但這些方法都或多或少地存在一些缺點，所以石墨烯的大規(guī)模應用至今難以實現(xiàn)。沈志剛教授于2010年在國際上首次提出射流空化法，是一種制備石墨烯的物理方法，該方法生產(chǎn)的石墨烯具有高導電性和導熱性。這種方法是利用水、普通改性劑和石墨的混合水溶液，在射流空化力的作用下使石墨剝離而得到石墨烯。這種制備石墨烯的方法具有簡易、安全、無氧化、無需高溫、環(huán)境友好、產(chǎn)量高等特點，更加適合石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)過十余年的技術改進，成本大幅下降，產(chǎn)量大幅提升，非常具備市場競爭力。
想知道更多關于射流空化法制備石墨烯的內(nèi)容嗎？歡迎參加中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺于2020年9月16日舉辦的首屆“鋰離子電池用新型導電添加劑網(wǎng)絡研討會”，屆時北京航空航天大學沈志剛教授將為大家?guī)眍}為《射流空化法制備石墨烯在鋰離子電池中的應用》的報告。詳情見閱讀原文。
專家簡介
沈志剛，北京航空航天大學教授，工程力學和微納米技術博士點博士生導師。北京市粉體技術研究開發(fā)重點實驗室主任，中國顆粒學會副理事長。曾獲得 “全國優(yōu)秀科技工作者榮譽稱號”、“國家級百千萬人才”、“國務院政府特殊津貼”等。
參考來源：
史永勝.石墨烯的制備及表征研究進展
李興鰲.石墨烯的制備、表征與特性研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
