石墨烯的发展及应用

[摘 要]石墨烯有着优异的性能，在光学、电学、热学和力学等领域得到了广泛的应用。石墨烯同时也存在着一定的缺点，例如宏观聚集态的存在形式，并且难以大量制备。为了使其高比表面积、耐化学耐热性、高导电性、高模量和高强度得到充分的发挥，需要对其进行充分的研究。本文将针对石墨烯的发展及应用进行分析。

[关键词]石墨烯； 发展； 应用

中图分类号：O613.71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0261-01

自从石墨烯出现以来，人们就没有停止过对其的研究。由于其自身的优点，因此成为了新材料的重要选择，在一些领域中，石墨烯已经开始应用。应用石墨烯，能够更好的发挥出器件的作用，提高运行效率。在未来的新型器件中，例如太阳能电池、激光器等，石墨烯将会有着巨大的应用价值。

一、 石墨烯的发展制备措施

（一） 轻微按摩法

常用的方式是微机械分离，可以从大型晶体上将石墨烯薄片直接剪裁下来。在2004年，有人通过这种方式进行了单层石墨烯的制备，并且能够稳定存在。比较典型的方式就是通过一种膨化材料来摩擦石墨，从而使得石墨表面会出现晶体，这些晶体中就包含了石墨烯。缺点是不容易控制尺寸，并且长度难以保证。

（二） 碳化硅外延表面生长

这种方式就是利用单晶碳化硅加热的方法来脱除硅，从而在单晶面上进行石墨烯片层分解。具体操作如下：利用经过氢气或氧气刻蚀处理形成的样片，运用电子轰击在高真空中加热，从而排除氧化物。然后使用俄歇电子能谱进行完全移除氧化物确定，加热样品，在温度达到设定值后，形成石墨层。

（三） 金属表面生长

所谓取向附生法，就是在原子结构中生出石墨烯。在设定温度下渗入碳原子，冷却，之后碳原子会大量的浮到表面，整个基质表面会出现单层碳原子，然后生长成为石墨烯。

（四） 化学气相沉积

这是一种有效地制备石墨烯的方式，使用这种方式，不需要使用颗粒状的催化剂，在可分解高温前驱体气氛内部设置平面基底，利用高温退火在基底表面沉积碳原子出现石墨烯，利用化学腐蚀将金属基底去除，最终得到石墨烯片。利用前驱体流量、生长温度和基底类型，能够控制石墨烯生长。

（五） 氧化减薄法

利用加热氧化，能够对石墨烯进行逐层减薄，从而出现双层或者单层的石墨烯。很多公司对于氧化石墨烯都十分关注，并且逐渐研究出更加科学可靠的方式，优化氧化方式。

（六） 切割碳纳米管

这种方式还处于试验阶段，就是利用硫酸和锰酸钾将溶液中碳纳米管切开。还用一种方式就是通过等离子体对嵌入聚合物的一部分纳米管进行刻蚀处理。

（七）乙氧钠裂解

这种方式可以制造出石墨烯，并满足公克的数量。运用钠金属将乙醇还原，对乙醇盐产物进行裂解处理，通过水冲洗将钠盐除去，然后得到石墨烯，这种石墨烯是粘在一起的，通过温和声波振动进行振散，得到纯石墨烯。

（八） 肼还原法

在纯肼溶液中放入氧化石墨烯纸，利用这种溶液，就能后还原氧化石墨烯纸为单层石墨烯。

二、 石墨烯的具体应用方式

（一） 太空电梯缆线

应用石墨烯，可以用来进行超轻型飞机的开发制造，还能制作坚韧程度高的防弹衣，也可以应用在几万英里长的人造太空电梯中。根据相关研究，可以利用石墨烯制造成批的石墨烯光纤。对于炭素超坚固的复合材料，能够降低成本，这种材料在建筑、汽车和航空航天等领域有着巨大的应用价值。

（二） 生产电子产品

由于硅的应用，数字化时代来临。但是应用新型的材料，能够使得集成电路更便宜、更快和更小。在诸多材料中，可以选择石墨烯。应用石墨烯有着很多优点，例如，超强导电性、透光性和超高强度。利用石墨烯，能够制造超高速的电子器件以及可以弯曲的显示设备。在存储器和新型晶体管中，石墨烯已经得到了应用。同时，石墨烯还是导电性能最好的材料，比较适用于高频电路中。应用石墨烯，能够提升频率，因此在微电子领域有着巨大的实用价值。

（三） 太阳能电池

石墨烯具有透明的特质，在制造电板的时候，透光性更好。石墨烯薄膜可以应用到太阳能电池的制造中。石墨烯薄膜属于单原子平坦的碳膜，能够代替ITO电极，在太阳能有机电池中应用。还可以用石墨烯薄膜代替晶体管，运用其制造晶体管，将会更省电和更快。

（四） 纳电子器件

在纳米电路中，石墨烯是理想的材料，能够有效的验证量子效应。完整石墨烯是没有带隙的，所以应用于半导体器件中受到了很大的限制。在石墨烯中开启带隙，具有积极地意义。经过研究证明，受限的一维尺度的石墨烯纳米，实际上是存在带隙的，能够提高晶体场效应管的性能，使得芯片的效能和速度得到有效地增加，并且降低耗热量。

（五） 光子传感器

在光子传感器中，也可以应用石墨烯，能够对光纤中的信息进行有效地检测。一些研究部门已经研制出了应用石墨烯材料的光电探测器，具有很好的使用效果。国外研制的石墨烯激光器，使得石墨烯材料的到了合理的应用，并且成为了科技发展的方向。

结语

综上所述，石墨烯存在着众多的制备方式，随着石墨烯的不断发展，会出现更加科学合理的制备方式，从而制备出数量多、质量好的石墨烯。同时，在社会生活的各个领域，特别是一些高科技领域，石墨烯材料有着巨大的应用价值。随着时代的发展以及科学技术的进步，石墨烯必将会应用到更加广阔的领域，从而推动科学技术的进步，为人们生产出更加先进可靠地产品，提供更加优质的服务。对于社会的发展和人们的生活，石墨烯都有着巨大的应用价值，必将成为未来科技发展的主流，能够推动社会更快的发展。

参考文献

[1]张辉，傅强，崔义，谭大力，包信和.Ru（0001）表面石墨烯的外延生长及其担载纳米金属催化剂的研究[J].科学通报，2009（13）.

[2]崔同湘，吕瑞涛，康飞宇，顾家琳.从石墨烯的制备及其应用研究进展看2010年度诺贝尔物理学奖[J].科技导报，2010（24）.

[3]康朝阳，唐军，李利民，潘海斌，闫文盛，徐彭寿，韦世强，陈秀芳，徐现刚.不同极性6H-SiC表面石墨烯的制备及其电子结构的研究[J].物理学报，2011（04）.

[4]刘江，吴思达，王科，曹镱，杨全红，王璞.基于石墨烯可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱光纤激光器[J].中国激光，2011（08）.

[5]吴诗德，宋彦良，李超，王力臻，夏同驰，卫应亮，陈荣峰.石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用[J].材料导报，2011（05）.