制備石墨烯防腐塗層的方法有哪些

A. 石墨烯的生產方法有哪些

石墨烯的合成方法主要有兩種：物理方法和化學方法。物理方法是從具有高晶格完備性的石墨或者類似的材料來獲得,獲得的石墨烯都在80nm以上.而化學方法是通過小分子的合成或溶液分離的方法制備的,得到的石墨烯尺寸在10nm以下. 其中物理方法包括:機械分離法，取向附生法和加熱SiC的方法、爆炸法；化學方法包括石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學法、化學氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法。微機械分離法,最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種方法制備出了單層石墨烯，並可以在外界環境下穩定存在。典型制備方法是用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。取向附生法—晶膜生長,是利用生長基質原子結構「種」出石墨烯，首先讓碳原子在1 1 5 0 ℃下滲入釕，然後冷卻，冷卻到850℃後,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子「 孤島」 布滿了整個基質表面，最終它們可長成完整的一層石 墨烯。第一層覆蓋 8 0 %後，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產生強烈的交互作用，而第二層後就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現令人滿意。

B. 物理法制備石墨烯的幾種方法

石墨烯具有獨特的結構和優異的性能, 近年來在化學、物理和材料學界引起了廣泛的研究興趣，並且在石墨烯的制備上已取得了不少的進展。本文就物理方法方面概述了 石墨烯的制備方法。 物理方法通常是以廉價的石墨或膨脹石墨為原料，通過機械剝離法、取向附生法、液相或氣相直接剝離法來制備單層或多層石墨烯。這些方法原料易得, 操作相對簡單，合成的石墨烯的純度高、缺陷較少。 機械剝離法制備石墨烯 機械剝離法或微機械剝離法是最簡單的一種方法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剝離下來。Novoselovt 等於2004年用一種極為簡單的微機械剝離法成功地從高定向熱解石墨上剝離並觀測到單層石墨烯，驗證了單層石墨烯的獨立存在。具體工藝如下：首先利用氧等離子在1 mm厚的高定向熱解石墨表面進行離子刻蝕，當在表面刻蝕出寬20 μm~2 mm、深5 μm的微槽後，用光刻膠將其粘到玻璃襯底上，再用透明膠帶反復撕揭，然後將多餘的高定向熱解石墨去除並將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進行超聲，最後將單晶矽片放入丙酮溶劑中，利用范德華力或毛細管力將單層石墨烯撈出。 但是這種方法存在一些缺點，如所獲得的產物尺寸不易控制，無法可靠地制備出長度足夠的石墨烯，因此不能滿足工業化需求。 取向附生法晶膜生長制備石墨烯 Peter W.Sutter 等使用稀有金屬釕作為生長基質，利用基質的原子結構種出了石墨烯。首先在 1150 °C下讓C原子滲入釕中，然後冷卻至850 °C，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，在整個基質表面形成鏡片形狀的單層碳原子孤島，孤島逐漸長大，最終長成一層完整的石墨烯。第一層覆蓋率達80 %後，第二層開始生長，底層的石墨烯與基質間存在強烈的交互作用，第二層形成後就前一層與基質幾乎完全分離，只剩下弱電耦合，這樣製得了單層石墨烯薄片。但採用這種方法生產的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質之間的黏合會影響製得的石墨烯薄片的特性。 液相和氣相直接剝離法制備石墨烯 液相和氣相直接剝離法指的是直接把石墨或膨脹石墨(EG)(一般通過快速升溫至1000 °C以上把表面含氧基團除去來獲取)加在某種有機溶劑或水中，藉助超聲波、加熱或氣流的作用制備一定濃度的單層或多層石墨烯溶液。Coleman等參照液相剝離碳納米管的方式將石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮 (NMP) 中，超聲1h 後單層石墨烯的產率為1%，而長時間的超聲(462 h)可使石墨烯濃度高達1.2 mg/mL。研究表明，當溶劑與石墨烯的表面能相匹配時，溶劑與石墨烯之間的相互作用可以平衡剝離石墨烯所需的能量，能夠較好地剝離石墨烯的溶劑表面張力范圍為40~50mJ/m2。利用氣流的沖擊作用能夠提高剝離石墨片層的效率。Janowska 等以膨脹石墨為原料，微波輻照下發現以氨水做溶劑能提高石墨烯的總產率(~8%)。深入研究證實高溫下溶劑分解產生的氨氣能滲入石墨片層中， 當氣壓超過一定數值至足以克服石墨片層間的范德華力時就能使石墨剝離。

C. 石墨烯主要制備方法

1、微機械剝離法

方法：用光刻膠將其粘到玻璃襯底上，再用透明膠帶反復撕揭，然後將多餘的高定向熱解石墨去除並將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進行超聲，最後將單晶矽片放入丙酮溶劑中，利用范德華力或毛細管力將單層石墨烯「撈出」。

缺點：產物尺寸不易控制，無法可靠地制備出長度足夠的石墨烯，不能滿足工業化需求。

2、外延生長法

方法：在高溫下加熱SiC單晶體，使得SiC表面的Si原子被蒸發而脫離表面，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基於SiC襯底的石墨烯。

缺點：對制備所需的sic晶面要求極高，而且在sic上生長的石墨烯難以剝離。

3、化學氣相沉積法（CVD法）

方法：將碳氫化合物甲烷、乙醇等通入到高溫加熱的金屬基底表面，反應持續一定時間後進行冷卻，冷卻過程中在基底表面便會形成數層或單層石墨烯。

缺點：制備所需條件苛刻，需要高溫高真空。成本高，生長完成後需要腐蝕銅箔的到石墨烯。

D. 石墨烯的制備 哪種方法最有潛力

1、微機械剝離法：

石墨烯首先由微機械剝離法製得。微機械剝離法即是用透明膠帶將高定向熱解石墨片按壓到其他表面上進行多次剝離，最終得到單層或數層的石墨烯。2004年，Geim，Novoselov等就是通過此方法在世界上首次得到了單層石墨烯，證明了二維晶體結構在常溫下是可以存在的。

2、外延生長法：

外延生長方法包括碳化硅外延生長法和金屬催化外延生長法。碳化硅外延生長法是指在高溫下加熱SiC單晶體，使得SiC表面的Si原子被蒸發而脫離表面，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基於SiC襯底的石墨烯。

3、化學氣相沉澱CVD法：

CVD法被認為最有希望制備出高質量、大面積的石墨烯，是產業化生產石墨烯薄膜最具潛力的方法。化學氣相沉澱CVD法具體過程是：將碳氫化合物甲烷、乙醇等通入到高溫加熱的金屬基底Cu、Ni表面，反應持續一定時間後進行冷卻，冷卻過程中在基底表面便會形成數層或單層石墨烯，此過程中包含碳原子在基底上溶解及擴散生長兩部分。該方法與金屬催化外延生長法類似，其優點是可以在更低的溫度下進行，從而可以降低制備過程中能量的消耗量，並且石墨烯與基底可以通過化學腐蝕金屬方法容易地分離，有利於後續對石墨烯進行加工處理。

4、氧化石墨還原法：

氧化石墨還原法也被認為是目前制備石墨烯的最佳方法之一。該方法操作簡單、制備成本低，可以大規模地制備出石墨烯，已成為石墨烯制備的有效途徑。另外該方法還有一個優點，就是可以先生產出同樣具有廣泛應用前景的功能化石墨烯--氧化石墨烯。