在材料科学界,石墨烯作为一种新型的二维材料引起了广泛的关注。自从被发现以来,研究者们一直在探索各种生产石墨烯的技术,以便在商业应用中得到更大的普及。然而,如何有效地提取和生产单层石墨烯一直是一项重大挑战,因为纯粹的二维结晶成长受限于其自身特性。
石墨烯已经存在于石墨中,但提取过程则需要巧妙的手法来维持其二维形状。
传统上,研究者最早利用粘合剂胶带的方式来剥离石墨,这种方法简单而高效。由俄罗斯科学家安德烈·海姆和科斯坦丁·诺沃斯洛夫所提出,他们经过多次剥离,最终能够获得单层石墨烯。在这一过程中,许多技术的提出使得石墨烯的生产更为多样化。
机械剥离法,透过胶带等手段将多层石墨分割成单层石墨烯,这种方法能够产生低缺陷、电子活动性极高的石墨烯。
液相剥离法则更多地依赖于溶剂与机械结合,通过强烈的剪切或超声波处理来将石墨剥离成单层。这样的方法能够在室温下产生大量的石墨烯,有望为大规模生产铺平道路。
在2014年,雷射诱导石墨烯(LIG)被提出,透过固定的聚合物膜利用 CO2 雷射直接转化为多孔型石墨烯。这一技术还能在生产过程中促进大范围的应用,例如用于能量储存设备中。
另一项技术是电化学合成法,这一过程所需的电压调节能影响石墨烯的厚度和缺陷密度,进而优化其性质。
各种方法的探索不仅仅是追求高品质的石墨烯,还在寻找适合商业化生产的可行技术。
在化学气相沉积法中,石墨烯被 deposited in a controlled manner in a heated chamber, 给予石墨烯以极高的品质并可以大面积生产。这一技术目前被商业化应用于电子产品的生产中,也是高效能材料的基本合成路径之一。
通过在两种不相溶的液体界面之间超声波处理,产生的石墨烯薄膜可达到高透明度。此外,利用超声波的方式,能够分散石墨烯,使其保持在稳定的均匀悬浮液中,避免重组。
近期的研究表明,用超临界液体处理石墨烯的材料,可以通过热解进一步提高石墨烯的产量与品质,这一技术不仅具有环保特性,还简化了生产步骤。
随着科学技术的不断进步和新的生产技术的量产,石墨烯的应用前景愈发明朗,涉及电子、能源、医疗等多个领域。未来,随着更高效的剥离技术的出现,我们是否将在更大范围内享受到石墨烯科技所带来的便利与变革吗?