グラフェン製品の入手方法

グラファイト補間法

この方法は、原料として天然スケールのグラファイト、中間層剤としてアルカリ金属元素を使用し、グラファイト中間層化合物は、中間層剤をグラファイトと混合することによって得られる。グラファイト中間層コンパウンドは、2つの側面からグラファイトストリッピングプロセスを加速します。第一に、中間層の挿入は、グラファイトの層間距離を増加させ、グラファイト層間のファンデルワールス力を弱める。第二に、リチウム、カリウム、セシウムなどのアルカリ金属を挿入した後、下京路に電子を入力することで、結晶表面が負に帯電し、静電反発力が発生し、黒鉛結晶が剥がれやすくなります。最後に、グラフェン錠剤は超音波と遠心分離によって得られます。

ただし、この方法で調製されたグラフェン錠剤は、数十ナノメートルを超える厚さの多層（> 10層）であり、挿入された材料を追加すると、グラフェンのSP2ハイブリッド構造が破壊され、物理的および化学的にグラフェンが生成されます。プロパティが影響を受けます。

溶液ストリッピング法

溶剤ストリッピング法は、グラファイトを溶剤に分散させて低濃度の分散液を形成し、超音波または高速せん断を使用してグラファイト層間のファンデルワールス力を弱め、グラファイト層間に溶剤を挿入して剥離します。グラフェンを生成するために層ごとに。 2014年、Paton etal。最初にN-メチルピロリドン（NMP）溶媒にグラファイトを分散させ、単純な高速せん断を使用してグラファイトの迅速かつ効率的なストリッピングを実現し、グラフェンの安定した分散の小層を取得し、グラフェンの大規模生産を実現する効果的な方法を提案しました。

液相ストリッピング法は、高品質のグラフェンを生成することができます。液相ストリッピングプロセス全体で化学反応が発生することはなく、グラフェンの表面に構造欠陥が発生することを回避できます。これにより、高性能電子デバイスのアプリケーションに高品質のグラフェンが提供されます。主な欠点は、歩留まりが非常に低く、大規模な生産や商業用途には適していないことです。

化学蒸着（CVD）法

この方法は、反応材料を高温で化学反応させ、アニーリングして金属マトリックスの表面に固体材料を形成することにより、産業で大規模に半導体膜材料を調製する主な方法です。 CVD法によるグラフェンの調製を高温で加熱し、ガスを炭素原子と水素原子に分解し、炭素原子をベース表面に堆積させてアニーリングによりグラフェンを形成し、最後に化学腐食により金属ベースを除去します。 。 2009年、Hong etal。 CVD法を用いて初めてニッケル層上に6〜10原子層の厚さのグラフェンを堆積させた。 2013年、Bharathi etal。直径約1cmの大型単結晶グラフェンをCVD法で作製した。

CVD法は、高品質で大面積のグラフェンを製造するための最も有望な方法であると考えられており、グラフェン膜を製造するための最も有望な工業的方法です。ただし、この方法は、その用途を制限する大規模なグラフェンマクロ粉末の調製には適していません。さらに、グラフェンを基板から分離することは、金属を化学的に腐食させる方法であり、大量の酸を必要とするため、環境に多大な汚染を引き起こし、同時にコストを高く維持します。したがって、基板から完全なグラフェンを取得する方法が主な問題です。

酸化還元法

レドックス法は、「酸化、ストリッピング、還元」の3つのステップに簡略化できます。具体的には、グラファイトは最初に強力な酸化剤で酸化されて、グラファイトの表面に親水性ヒドロキシル基、エポキシ基、およびカルボキシル基を形成する。酸素基、このプロセスにより、グラファイトの層間隔が元の0.34nmから0.8nmに増加します。層間距離の拡大は、層間のファンデルワールス引力を効果的に弱める可能性があり、簡単に剥がすことができます。次に、酸化グラファイトを超音波法でストリッピングした。酸化グラファイト懸濁液中の超音波放射は、液体中に多数の小さな気泡を生成しました。これらの気泡は、超音波縦方向伝搬の負圧領域と正圧領域で形成および成長しました。すばやく閉じる「キャビテーション」効果と呼ばれるこのプロセスでは、気泡の閉鎖により1.0×108 Paを超える瞬間的な高圧が発生する可能性があり、生成される連続的な高圧は、酸化グラファイトに連続的に影響を与える一連の小さな「爆発」のようなものです。 。酸化グラファイトシートは急速に剥がされて、酸化グラフェンの単層を形成します。最後に、酸化グラフェンは高温または還元溶液中で還元され、酸化グラフェンの表面のヒドロキシル基、エポキシド、およびカルボキシル基などの酸素含有基が還元によって除去され、グラフェンの完全な二次元SP2ハイブリッド構造が復元されます。 。グラフェン製品。

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