1.6　制备方法

常用的石墨烯制备方法包括以下几种。

a.微机械剥离法。该方法将从石墨中剥离出的薄片两面粘在胶带上，再撕开胶带，就可以把石墨片一分为二。不断这样操作，薄片越来越薄，直到最后获得单层石墨烯。这就是2004年Geim和Novoselov最初用于获得石墨烯研究用样品的方法^［3］。这种方法操作简单，很容易在实验室中实现，被广泛应用于石墨烯等二维材料的研究，但也可以看到，这种方法无法规模化，不能用于材料的工业化制备。

b.热蒸发法。佐治亚理工大学de Heer等同样于2004年通过热蒸发法在SiC基底上合成了石墨烯^［12］，并于2006年对该方法进行了优化^［60］。该方法将SiC基底在超高真空腔室中加热至1250～1450℃，使SiC基底表面的硅原子蒸发，留下碳原子重组形成单层和多层石墨烯。这种方法对设备要求较高，并且SiC基底本身也比较昂贵，因此成本较高。此外，生长在SiC基底上的石墨烯难以转移下来，也极大地限制了其应用。

c.氧化还原法。使用硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，制得氧化石墨（Graphite Oxide），然后通过物理剥离、高温膨胀等方法将氧化石墨分散得到氧化石墨烯，最后通过加热或与还原剂反应等方法将氧化石墨烯还原，得到还原氧化石墨烯^［61］。这种方法操作简单，产量高，但是还原反应并不能真正地将石墨烯的结构“还原”，产品缺陷较多。此外，该方法使用硫酸、硝酸等强酸，可能造成环境污染。

d.机械分散法。利用搅拌、超声或剪切等方式，将石墨在具有匹配表面能的有机溶剂中分散，再将得到的悬浊液离心分离，去除厚层石墨，即可留下石墨烯^［62］。这种方法不引入缺陷，并且对环境的污染很小。但该方法对石墨分散的效果有限，产率较低。

e.化学气相沉积（chemical vapor deposition，简称CVD）法。CVD法使用含碳气体为原料，通过化学反应，在基底上沉积制得石墨烯薄膜，反应温度一般为800～1100℃。用于CVD法制备石墨烯的基底可以分为金属和非金属两种。金属基底中比较常用的是镍和铜。由于碳在镍中的溶解度较高，当温度降低时，会有较多的碳析出，因此可以用于多层石墨烯薄膜的制备，但石墨烯薄膜厚度的均匀性很难控制^［63-65］。基于铜对碳的溶解度很低的特性，2009年，美国德州大学奥斯汀分校李雪松及R.S.Ruoff等成功地在铜箔基底上实现了大面积均匀单层石墨烯薄膜的制备，其结构可控性及品质是所有人工制备的石墨烯中最好的^［33］。基于铜基底的CVD法是目前生产石墨烯薄膜最有效的方法。尽管如此，在实际应用中，通常需要将生长在金属基底上的石墨烯薄膜转移到目标基底（一般为非金属基底）上使用，转移过程不但增加了生产成本，还会对石墨烯薄膜造成破坏和污染，因此，人们也对在非金属基底上直接生长石墨烯进行了大量的研究，但目前的结果还不尽如人意，在非金属基底上生长的石墨烯的质量还无法和金属基底上的相比。