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石墨烯薄常見(jiàn)的制備方法

發(fā)布日期:2022-08-31  來(lái)源:  瀏覽次數(shù):15

石墨烯因其獨(dú)特的單原子層結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能一直活躍在科技研究前沿,在光電、生物醫(yī)藥、能量?jī)?chǔ)存、復(fù)合材料等多方面具備良好的發(fā)展前景,隨著科技不斷進(jìn)步,微電子集成和組裝技術(shù)的發(fā)展和高功率密度器件的大量應(yīng)用,元器件體積極大縮小,電子儀器設(shè)備向集成、小型、高密度化發(fā)展,同時(shí)也隨著設(shè)備的需求,工作效率和使用頻率也不斷提高,這同時(shí)也對(duì)散熱材料提出了更高的性能要求。

與其他傳統(tǒng)的散熱材料如金屬以及部分無(wú)機(jī)非金屬材料相比,石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征,讓它具備了良好的各向異性、面向?qū)嵝裕拿鎯?nèi)熱導(dǎo)率能夠達(dá)到1500W/(m·K);同時(shí)具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、良好機(jī)械性能等優(yōu)異特性。

石墨烯薄膜常見(jiàn)的制備方法有:旋涂法、噴涂法、層層自組裝、真空抽濾法和化學(xué)氣相沉積法CVD

1、旋涂法

旋涂法是一種較簡(jiǎn)單的制備石墨烯薄膜的方法。首先,配制一定濃度的石墨烯溶液,采用高速離心得到單層石墨烯分散液。其次,將其覆蓋到預(yù)處理過(guò)的基底表面。最后,選擇適宜的轉(zhuǎn)速旋涂一定時(shí)間即得到石墨烯薄膜。溶液的濃度、旋涂速度、溶劑類(lèi)型、旋涂次數(shù)以及外界溫度和濕度都對(duì)薄膜的厚度和質(zhì)量具有一定的影響。
先采用4-苯重氮磺酸鹽對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾改性,接著將其分散在水中制備成膠狀分散液?最后,通過(guò)旋涂法在玻璃襯底表面將其制備成透明導(dǎo)電薄膜,其在可見(jiàn)光波長(zhǎng)為550nm下透光率高達(dá)89%,這種方法可以有效解決石墨烯在水溶液中分散性差的問(wèn)題,從而消除其在應(yīng)用中因分散性問(wèn)題.帶來(lái)的阻礙,是一種簡(jiǎn)單、快速制備高質(zhì)量石墨烯薄膜的方法。

2、噴涂法

噴涂法制備石墨烯薄膜是通過(guò)噴霧槍霧化石墨烯分散液,然后將霧化的分散液噴灑在基底表面,待溶劑揮發(fā)完全后即得到石墨烯薄膜。噴涂法制備薄膜中分散液的濃度、分散程度、噴涂的均勻性以及噴涂的時(shí)間均對(duì)薄膜的均一性和質(zhì)量有很大的影響。

3、層層自組裝法

層層自組裝法制備石墨烯薄膜,通常是先通過(guò)表面改性,使石墨烯氧化物表面帶有不同基團(tuán)、電荷,從而通過(guò)靜電力、π-π作用、氫鍵等為驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行層層自組裝制備出多功能的石墨烯薄膜,作用力的不同對(duì)薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)具有顯著的影響。

4、真空抽濾法

該方法作為目前最常用的制備石墨烯薄膜的方法,首先在抽濾石墨烯復(fù)合分散液之前,通常將體系的濃度降低到一定濃度左右,之后將石墨烯片沉積到微孔過(guò)濾膜,或者其它材料上進(jìn)行抽濾[2]。將得到的濾膜上薄膜轉(zhuǎn)移到如玻璃、PET等襯底上,在抽濾過(guò)程中,水分子和石墨烯片層相互作用,使得石墨烯薄膜得以均勻附在基底上,經(jīng)過(guò)溶液等[1]物質(zhì)進(jìn)行溶解基底材料,De[2]等人進(jìn)行了超聲法剝離石墨烯,研究顯示,石墨烯在H2和Ar混合氣體中進(jìn)行熱處理后的電導(dǎo)率顯著提高,但是該方法制得的石墨烯薄膜往往達(dá)不到100nm,很難獨(dú)立使用于導(dǎo)熱領(lǐng)域。

5、化學(xué)氣相沉積法

CVD法制備石墨烯的基本流程:化學(xué)氣相沉積(CVD)法是目前應(yīng)用最廣泛的一種大規(guī)模工業(yè)化制備半導(dǎo)體薄膜材料的沉積技術(shù),它提供了一種可控制備石墨烯薄膜的有效方法。在CVD法中,基底的類(lèi)型、生長(zhǎng)的溫度、前驅(qū)體的流量等參數(shù)的選擇對(duì)石墨烯薄膜的生長(zhǎng)工藝參數(shù)(如生長(zhǎng)速率、厚度、面積等)具有很大的影響。

石墨烯因其獨(dú)特的單原子層結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能一直活躍在科技研究前沿,在光電、生物醫(yī)藥、能量?jī)?chǔ)存、復(fù)合材料等多方面具備良好的發(fā)展前景,隨著科技不斷進(jìn)步,微電子集成和組裝技術(shù)的發(fā)展和高功率密度器件的大量應(yīng)用,元器件體積極大縮小,電子儀器設(shè)備向集成、小型、高密度化發(fā)展,同時(shí)也隨著設(shè)備的需求,工作效率和使用頻率也不斷提高,這同時(shí)也對(duì)散熱材料提出了更高的性能要求。

與其他傳統(tǒng)的散熱材料如金屬以及部分無(wú)機(jī)非金屬材料相比,石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征,讓它具備了良好的各向異性、面向?qū)嵝?,它的面?nèi)熱導(dǎo)率能夠達(dá)到1500W/(m·K);同時(shí)具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、良好機(jī)械性能等優(yōu)異特性。

石墨烯薄膜常見(jiàn)的制備方法有:旋涂法、噴涂法、層層自組裝、真空抽濾法和化學(xué)氣相沉積法CVD

1、旋涂法

旋涂法是一種較簡(jiǎn)單的制備石墨烯薄膜的方法。首先,配制一定濃度的石墨烯溶液,采用高速離心得到單層石墨烯分散液。其次,將其覆蓋到預(yù)處理過(guò)的基底表面。最后,選擇適宜的轉(zhuǎn)速旋涂一定時(shí)間即得到石墨烯薄膜。溶液的濃度、旋涂速度、溶劑類(lèi)型、旋涂次數(shù)以及外界溫度和濕度都對(duì)薄膜的厚度和質(zhì)量具有一定的影響。
先采用4-苯重氮磺酸鹽對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾改性,接著將其分散在水中制備成膠狀分散液?最后,通過(guò)旋涂法在玻璃襯底表面將其制備成透明導(dǎo)電薄膜,其在可見(jiàn)光波長(zhǎng)為550nm下透光率高達(dá)89%,這種方法可以有效解決石墨烯在水溶液中分散性差的問(wèn)題,從而消除其在應(yīng)用中因分散性問(wèn)題.帶來(lái)的阻礙,是一種簡(jiǎn)單、快速制備高質(zhì)量石墨烯薄膜的方法。

2、噴涂法

噴涂法制備石墨烯薄膜是通過(guò)噴霧槍霧化石墨烯分散液,然后將霧化的分散液噴灑在基底表面,待溶劑揮發(fā)完全后即得到石墨烯薄膜。噴涂法制備薄膜中分散液的濃度、分散程度、噴涂的均勻性以及噴涂的時(shí)間均對(duì)薄膜的均一性和質(zhì)量有很大的影響。

3、層層自組裝法

層層自組裝法制備石墨烯薄膜,通常是先通過(guò)表面改性,使石墨烯氧化物表面帶有不同基團(tuán)、電荷,從而通過(guò)靜電力、π-π作用、氫鍵等為驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行層層自組裝制備出多功能的石墨烯薄膜,作用力的不同對(duì)薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)具有顯著的影響。

4、真空抽濾法

該方法作為目前最常用的制備石墨烯薄膜的方法,首先在抽濾石墨烯復(fù)合分散液之前,通常將體系的濃度降低到一定濃度左右,之后將石墨烯片沉積到微孔過(guò)濾膜,或者其它材料上進(jìn)行抽濾[2]。將得到的濾膜上薄膜轉(zhuǎn)移到如玻璃、PET等襯底上,在抽濾過(guò)程中,水分子和石墨烯片層相互作用,使得石墨烯薄膜得以均勻附在基底上,經(jīng)過(guò)溶液等[1]物質(zhì)進(jìn)行溶解基底材料,De[2]等人進(jìn)行了超聲法剝離石墨烯,研究顯示,石墨烯在H2和Ar混合氣體中進(jìn)行熱處理后的電導(dǎo)率顯著提高,但是該方法制得的石墨烯薄膜往往達(dá)不到100nm,很難獨(dú)立使用于導(dǎo)熱領(lǐng)域。

5、化學(xué)氣相沉積法

CVD法制備石墨烯的基本流程:化學(xué)氣相沉積(CVD)法是目前應(yīng)用最廣泛的一種大規(guī)模工業(yè)化制備半導(dǎo)體薄膜材料的沉積技術(shù),它提供了一種可控制備石墨烯薄膜的有效方法。在CVD法中,基底的類(lèi)型、生長(zhǎng)的溫度、前驅(qū)體的流量等參數(shù)的選擇對(duì)石墨烯薄膜的生長(zhǎng)工藝參數(shù)(如生長(zhǎng)速率、厚度、面積等)具有很大的影響。