中國粉體網訊 石墨烯具有優異的物理、化學和電化學性能，以及優良的結構、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異的性能，被廣泛應用于鋰電池中。
石墨烯的快速發展急需實現大規模，批量化地制備結構、厚度和尺寸可控的高質量石墨烯。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。該方法的優點是得到的產物保持著比較完美的晶體結構，缺陷的含量較低。缺點是產生石墨烯的效率較低，不適合大規模的工業生產，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)的技術已經相當成熟，用石墨制備氧化石墨是低成本、大規模制備石墨烯的起點。氧化石墨烯溶液經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法是指反應物質在氣態條件下發生化學反應，生成固態物質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模工業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，所以石墨烯的大規模應用至今難以實現。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、環境友好、產量高等特點，更加適合石墨烯的大規模生產，經過十余年的技術改進，成本大幅下降，產量大幅提升，非常具備市場競爭力。
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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重點實驗室主任，中國顆粒學會副理事長。曾獲得 “全國優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
（中國粉體網編輯整理/墨玉）
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