网络出版时间：2013-09-06 08:54朱振峰等:石墨烯的制备和应用网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/50.1099.TH.20130906.0854.010.html
()文章编号:1001-9731201319-0001-04
2133
石墨烯的制备和应用
朱振峰,程 莎,董晓楠
∗
()陕西科技大学材料与工程学院,陕西西安710021
摘 要:热学和机械性 石墨烯因具有优良的电学、尤其是2更是004年稳定存在的石墨烯被成功的获得,掀起了石墨烯的研究高潮。获得低成本、大面积、高质量的石墨烯,并将其用于实际生产是研究人员奋斗的目标。主要对近几年一些改进的或新的石墨烯的制备方法以及其主要的潜在应用做了综述,从中可以看到石墨烯的巨大发展潜力。关键词:制备;应用 石墨烯;中图分类号: TQ323
文献标识码:A
这都使得石墨烯在纳米复合材料、高速晶体管、灵敏传感器、超级电容器、太阳能电池等方面具有很大潜在应用。
能,以及高透光率和超大比表面积等而备受人们关注。
2 制备方法
进,以便能制备出层数可控石墨烯。目沉积法、还原、刨开纳米管法,工艺简单、制作。主要的剥离法有机械剥离、
10]
。其中机[9
等[1 引 言
:/DOI10.3969.issn.1001-9731.2013.19.005j
]1
。有二维蜂窝状晶体结构的碳质材料[
2
石墨烯是一种由单层碳原子SP
,通过外力的作用,从石墨晶体表面3就是用透明胶带反复剥离高定向热解石
。高定向热解石墨内部缺陷较少,所
[]
结构是平面六边形点阵,每个碳原子都与碳原子之间形成3个连接十分牢固的个P成贯穿全层的大π键,,烯良好的导电性。
层,转移到载体表面获得石墨烯。No-
,但是偶然性大,可控性不强,不易
[1]大规模生产。M使用热膨胀剥离法制备cAllister等1[2]年,用一种简单快速的电化学剥离法从石墨Su等1
前科学界普遍认为,晶
]2
体在一定温度下都不能稳定存在[英年,国曼彻斯特大学Geim和Novose带反复剥石墨烯。
的功能化石墨烯,经超声处理后,80%是单层的。2011/寸达到3电阻
供了一个有效的方法来获得高质量、低成本、可扩展生通过超声处理将溶液中的石墨晶体剥离切割成石墨烯纳米片,然后通过溶剂的相互作用或吸附表面活性剂使其稳定,最后制的无缺陷和无氧化的石墨烯。同年,
4
以剥离法为基础,结合石墨烯插层法,在降低Park1
实验条件的情况下,制备出的高质量石墨烯电阻约为
[]
[3]产的石墨烯。2使用溶剂剥离法,012年,Coleman1
中剥离出高透射率(约为9的双层石墨烯,横向尺6%)
石墨烯才又一次引起了人们的关注。
[]4
/的性能。其超大的比表面积,理论值为2630m2g;
石墨烯因其独特的二维晶体结构,具有很多优异
,,/(强度约为1热导率为31TPa30GPa080~5150Wm
[5,7]
·K);蜂窝状的结构使石墨烯内部的杂质和缺陷很少,电子在轨道中迁移时不会受其影响而散射,剥离
[]6
/()的单层石墨烯展示出高达约1的载0000cm2V·s
流子迁移速率;石墨烯结构内部碳原子连接柔韧,受外
哥伦比亚大学的研究人员测得单层石墨烯弹性模量约
/,/透光率约为7导电率约为9930kΩs5%,1000Sm。q
且不需要任何功能化和表面活性剂能稳定的分散在无机溶液中。
2.2 还原氧化石墨法
石墨与强氧化剂反应后,会在其边缘接上一些官
力时碳原子会弯曲变形,但不会重排,具有很高的稳定
[]
性;几乎完全透明,对光的吸收率只有2.具有3%7;8]非定域性、量子力学效应[和双极性电场效应等特性,
∗
)基金项目:高校博士点专项科研基金资助项目([1**********]001
收到初稿日期:收到修改稿日期:通讯作者:朱振峰2013-02-182013-05-02
,作者简介:朱振峰 (男,陕西咸阳人,教授,博士生导师,主要从事纳米材料的合成与制备。1963-)
能团,或者层间插入一些物质,能更容易地剥离出氧化
15]
,石墨烯[然后还原得到石墨烯,反应中所使用的还16]
。还原氧化石墨法以成本低、原剂决定产物的质量[
2134
19
廉价、可再生、无毒、2012年Peng等展示了以天然、
易分解的纤维素作为还原剂还原氧化石墨的过程。同
[]
[0]
年,使用氧化铝也成功地还原了氧化石Ambrosi等2
烯中剩余的Fe在室温下对亚甲基蓝有高的吸附性能。
)卷2013年第19期(44
产率高、利于工业化生产等优点成为热门的方法。但以有毒的肼做还原剂对环境存在危害,所以寻找新的
[7]
还原剂变得尤为重要。F通过ernandez-Merino等1
墨烯。这些方法都提供了一个潜在的低成本,环保,大规模的石墨烯生产方法。除此,反应过程中还应该保
[21]
护石墨烯的结构。Z以超声分散代替还原hang等
比较硼氢化钠、连苯三酚和维生素C的还原效果,发现以维生素C代替肼能获得同样高产的石墨烯,成功开
]18
等[以F意外发现石墨e作为还原剂还
原氧化石墨,
过程中的机械搅拌,减少了对石墨烯结构的破坏,制备/出浓度高达1其mmL的较纯的稳定石墨烯分散液,g/电导率为712Sm。
辟了安全无害还原剂替代品的道路。2011年,Fan
FiricalexfoliationofgrahitebuetalgpyS
或多层石墨烯的技术。2.3 化学气相沉积法
2.4 外延生长法
]22
,上生长石墨烯的技术[以其产物大、导电率高
在单晶表面外延生长石墨烯,再通过化学刻蚀将
成为制备石墨烯的一种主要方法,尤其是以SiO2为基
23]
,体所制备的石墨烯是重要的电设备材料[但所需的[4]
反应温度较高。2009年麻省理工学院的Reina等2
用沉积Ni膜的硅片作基体制备出1~12层的最大面
[5]
在大气压、以铜为2011年,Flores等21000℃条件下,
基板,液体己烷为碳源,用化学气相沉积法制备出约为
积为2并成功从基体上完整地转移下0m的石墨烯,μ来,从而掀起了化学气相沉积法制备石墨烯的热潮。
[8]
石墨烯。2在一个原子级光滑的012年Nakiti等2y
)阶梯平台上种出24H-SiC(000100m×200m的大μμ
面积双层、伯纳尔堆积的外延生长石墨烯。图2为
[7]附S也有用到N的。但是i原子来制备石墨烯,iC22
很难得到大面积、厚度均一的SiC单晶表面结构复杂,
其从基片上转移下来。主要是加热S脱iC单晶表面,
其透光率为711层的石墨烯,3.7%。2012年,Qi
]26
等[利用射频等立体增强化学气相沉积法(RF-在一个更低的温度(下,在沉积NPECVD)650℃)i膜的SiO2基底上合成了高质量的单层或多层大面积石墨烯。沉积过程中引入了微量甲烷气体,使沉积时间,缩至3并可以通过控制反应时间或气体流速0~60s控制石墨烯的层数。这种改进后的化学气相沉积法是一种简单、低成本、有效的、低温可控合成大面积的单
Nakiti等的外延石墨烯在4H-SiC上的生长示意图。y
/(),在3相对的00K时载流子迁移率为1730cm2V·s
12
/载流子浓度为3.26×10cm2。其载流子迁移速率比
已经报道的相似的载流子浓度、相似的尺寸下的双层片高。但是,因为S所以研究人员iC单晶的价格昂贵,
[9]
也在寻找金属作为基板。2对于011年,Zanwill等2g
石墨烯外延生长在紧密排列的金属上的可能性进行了理论研究,理论上证明这种方法的可行性以及优越性。
以I通过第一原理计算和计2012年Wu等3r为例,
算机模拟探究石墨烯在金属基底上的外延生长机制。
[]
朱振峰等:石墨烯的制备和应用
同年,Olle等
[]31
成功制备过渡金属Ni上外延生长的
石墨烯。
2135
Fichematicforthegrowthofeitaxialraheneon4H-Sialg2Spgp剖开纳米管法,将纳米管沿轴向剪开制备石 除此,3.2 超级电容器墨烯;合成法,如将稠环芳烃聚合在一起形成石墨烯;电弧法,利用电弧蒸发阳极石墨棒制得石墨烯等也是目前用到的制备方法。研究人员也在不断地对各种方法进行改进,或者探索新的方法,以便制备出质量更好的适合工业生产的石墨烯。
图2 Nakiti等的外延石墨烯在4H-SiCy
比表面积,同
]36
,输[。
37][是评价电容
3 石墨烯的应用
实际应用才是所有研究的根本目的,石墨烯用同样备受关注。其制备方法的日渐成熟,体管、高灵敏度传感器、超级电容器、复合3.1 晶体管
受物理原理的制约,硅晶体极限,石硅高的载流子迁移率,、的厚度,大规模集成设备很有优势。33]
,硅晶体管更快[存、8]
Fe23O4和聚苯胺装饰
,以
参研究的重点所在。Mi-
/压扫描速率120MVs的条件/、60、180和375Fg。电压扫描
/层状双氢氧化物作超级电容器
/比容量会提高8MVs时,0%。Gao/7且使用寿命长,81.5Fg的极大比电容,。这些研究为石墨烯作为超级电容器材料开。
.3 传感器
石墨烯的超大比表面积是制备传感器的一个重要因素,且基于石墨烯材料的传感器尺寸小、能耗低、耐久、可靠。但是其灵敏度、成本和批量化生产仍是石墨烯传感器有待解决的问题。
]40
,吸附气体后能快速改变导电性机制制成的[对周围
电极材料。
石墨烯气体传感器是基于其独特的电子结构使其
具有高载流子迁移速度、机械柔韧性、环境稳定性
[4]
的透明石墨烯晶体管是现在研究的目标。L使u等3
环境非常敏感,即便一个气体分子吸附或者释放都可
[1]
以被检测到。P利用纳米球刻蚀和反应离子刻aul4
用高电容的天然氧化铝作为栅极电介质,在柔性塑料基体上制备出高电子迁移率、低操作电压的自对准石(),(),空穴迁移率为2而且氧V·s60~300cm/V·s
化铝栅极提供了一个3V的低压设备操作。这些结果
2
2
墨烯场效应晶体管,其电子迁移率为150~230cm/
蚀技术将生长在镀有SiOi基底上的单层石墨2膜的S烯制成石墨烯纳米网。以此制备的气体传感器对NOH3的灵敏度分别约为4.32×10-4和0.712和N
探测极限分别为1.×10-4,5×10-8和1.60×10-7。基于石墨烯的生物传感器也是现在研究的热点,Guo
]42
等[制备的功能化石墨烯生物传感器能实时检测活
表明,自对准石墨烯晶体管可以显著的提高柔性电子元件的性能和稳定性。Lee等
[35]
在也塑料基底上制备
出高性能、柔性石墨烯基薄膜晶体管,在0.1V的漏极/()。在此基础上以石墨烯为材料300和250cm2V·s
的可伸缩晶体管也是一个研究热点,虽然2011年韩国已经制造出这种新型晶体管,但是其性能和延伸性应用还值得探究。
偏压下,表现出更高的空穴和电子的迁移率,分别为
细胞中的NO,可广泛的应用在神经科学、药物治疗筛氨基喹啉接入氧化石墨烯,成功地制备了一种高效8-和高灵敏度的检测D葡萄糖胺的光传感器,为设计和-开发具有高选择性和高敏感度的转氨基糖和许多其它生物分子的选择性探测光学传感器提供了一个新思
[4]
路。K也开发了一种氧化荧光石墨烯/聚乙undu等4[]43选、活细胞化验等医学方面。Cheng等将荧光基团
3+
烯醇传感器,被用作水介质中的A离子选择性传u感,探测极限约为2.75×10-7。越来越多种类基于石
2136
墨烯材料的传感器被相继研究,性能也逐渐提高,离灵敏、经济、高产的目标又近了一步。
3.4 太阳能电池
由于石墨烯在宽的波长范围内具有很高的透过率和载流子迁移率,结合优异的力学性能和稳定性,因而被认为有望替代有毒、价格昂贵、对酸性和中性环境敏感、热稳定性较差、吸收光谱范围较小的氧化铟锡,成为理想的透明电极材料,
应用于太阳能电池,所以能量转换效率是其研究的关键所在。近年来,研究人员通过对石墨烯材料进行各种掺杂处理,来提高其能量转化率,取得了很大的进展。
5
将四氰基苯醌二甲烷嵌入石墨烯层间,Hsu等4
/四氰基苯醌二甲烷做透明电极的太阳制备的以石墨烯
[]
Liu在石墨烯中掺杂Au纳米粒子和乙烯二氧噻吩,
制成的太阳能电池能量转换效率稍稍提高到2.7%。
[46]
[7]
在还原的氧化石墨硫化铜(Radich等4-RGO-CuS)2
,复合材料夹层嵌入C最后制得的太阳能电池能量dSe[8]
转换效率为4.在石墨烯中掺入三氟4%。Miao等4
)卷2013年第19期(44
甲基磺酰胺。图3为Miao等的三氟甲基磺酰胺掺杂的石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池图。最后制成的单层石墨烯/在AMn-Si肖特基结太阳能电池,1.5光照下展现出一个光达8.是迄今6%的能量转换效率,为止的最高值。势的转变,包括,增加石墨烯载流子密度)增加电都能改善太阳能池的内置电势(增加电池的填充因子能。基于石墨提高,让能电池,在光照AM能量转化率约为21.5时,.58%。
4 结 论
FimaesofTunctionsolarcellsbiaoetalg3IgyjyM
图3 MiaoSi肖特基结太阳能电池图
稳定存在的被成,2004年,
重新燃起了希望。经过这几年的努力,室研究已取得了巨大进展,我们向大规模、低成本、高质量石墨烯的生产迈进了一步。同时,石墨烯的应用研究也备受关注。虽然将其用于实际生产还有一些难题需要克服,但我们仍然能看到石墨烯材料的美好前景。参考文献:
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朱振峰等:
石墨烯的制备和应用
2139
网络出版时间：2013-09-06 08:54朱振峰等:石墨烯的制备和应用网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/50.1099.TH.20130906.0854.010.html
()文章编号:1001-9731201319-0001-04
2133
石墨烯的制备和应用
朱振峰,程 莎,董晓楠
∗
()陕西科技大学材料与工程学院,陕西西安710021
摘 要:热学和机械性 石墨烯因具有优良的电学、尤其是2更是004年稳定存在的石墨烯被成功的获得,掀起了石墨烯的研究高潮。获得低成本、大面积、高质量的石墨烯,并将其用于实际生产是研究人员奋斗的目标。主要对近几年一些改进的或新的石墨烯的制备方法以及其主要的潜在应用做了综述,从中可以看到石墨烯的巨大发展潜力。关键词:制备;应用 石墨烯;中图分类号: TQ323
文献标识码:A
这都使得石墨烯在纳米复合材料、高速晶体管、灵敏传感器、超级电容器、太阳能电池等方面具有很大潜在应用。
能,以及高透光率和超大比表面积等而备受人们关注。
2 制备方法
进,以便能制备出层数可控石墨烯。目沉积法、还原、刨开纳米管法,工艺简单、制作。主要的剥离法有机械剥离、
10]
。其中机[9
等[1 引 言
:/DOI10.3969.issn.1001-9731.2013.19.005j
]1
。有二维蜂窝状晶体结构的碳质材料[
2
石墨烯是一种由单层碳原子SP
,通过外力的作用,从石墨晶体表面3就是用透明胶带反复剥离高定向热解石
。高定向热解石墨内部缺陷较少,所
[]
结构是平面六边形点阵,每个碳原子都与碳原子之间形成3个连接十分牢固的个P成贯穿全层的大π键,,烯良好的导电性。
层,转移到载体表面获得石墨烯。No-
,但是偶然性大,可控性不强,不易
[1]大规模生产。M使用热膨胀剥离法制备cAllister等1[2]年,用一种简单快速的电化学剥离法从石墨Su等1
前科学界普遍认为,晶
]2
体在一定温度下都不能稳定存在[英年,国曼彻斯特大学Geim和Novose带反复剥石墨烯。
的功能化石墨烯,经超声处理后,80%是单层的。2011/寸达到3电阻
供了一个有效的方法来获得高质量、低成本、可扩展生通过超声处理将溶液中的石墨晶体剥离切割成石墨烯纳米片,然后通过溶剂的相互作用或吸附表面活性剂使其稳定,最后制的无缺陷和无氧化的石墨烯。同年,
4
以剥离法为基础,结合石墨烯插层法,在降低Park1
实验条件的情况下,制备出的高质量石墨烯电阻约为
[]
[3]产的石墨烯。2使用溶剂剥离法,012年,Coleman1
中剥离出高透射率(约为9的双层石墨烯,横向尺6%)
石墨烯才又一次引起了人们的关注。
[]4
/的性能。其超大的比表面积,理论值为2630m2g;
石墨烯因其独特的二维晶体结构,具有很多优异
,,/(强度约为1热导率为31TPa30GPa080~5150Wm
[5,7]
·K);蜂窝状的结构使石墨烯内部的杂质和缺陷很少,电子在轨道中迁移时不会受其影响而散射,剥离
[]6
/()的单层石墨烯展示出高达约1的载0000cm2V·s
流子迁移速率;石墨烯结构内部碳原子连接柔韧,受外
哥伦比亚大学的研究人员测得单层石墨烯弹性模量约
/,/透光率约为7导电率约为9930kΩs5%,1000Sm。q
且不需要任何功能化和表面活性剂能稳定的分散在无机溶液中。
2.2 还原氧化石墨法
石墨与强氧化剂反应后,会在其边缘接上一些官
力时碳原子会弯曲变形,但不会重排,具有很高的稳定
[]
性;几乎完全透明,对光的吸收率只有2.具有3%7;8]非定域性、量子力学效应[和双极性电场效应等特性,
∗
)基金项目:高校博士点专项科研基金资助项目([1**********]001
收到初稿日期:收到修改稿日期:通讯作者:朱振峰2013-02-182013-05-02
,作者简介:朱振峰 (男,陕西咸阳人,教授,博士生导师,主要从事纳米材料的合成与制备。1963-)
能团,或者层间插入一些物质,能更容易地剥离出氧化
15]
,石墨烯[然后还原得到石墨烯,反应中所使用的还16]
。还原氧化石墨法以成本低、原剂决定产物的质量[
2134
19
廉价、可再生、无毒、2012年Peng等展示了以天然、
易分解的纤维素作为还原剂还原氧化石墨的过程。同
[]
[0]
年,使用氧化铝也成功地还原了氧化石Ambrosi等2
烯中剩余的Fe在室温下对亚甲基蓝有高的吸附性能。
)卷2013年第19期(44
产率高、利于工业化生产等优点成为热门的方法。但以有毒的肼做还原剂对环境存在危害,所以寻找新的
[7]
还原剂变得尤为重要。F通过ernandez-Merino等1
墨烯。这些方法都提供了一个潜在的低成本,环保,大规模的石墨烯生产方法。除此,反应过程中还应该保
[21]
护石墨烯的结构。Z以超声分散代替还原hang等
比较硼氢化钠、连苯三酚和维生素C的还原效果,发现以维生素C代替肼能获得同样高产的石墨烯,成功开
]18
等[以F意外发现石墨e作为还原剂还
原氧化石墨,
过程中的机械搅拌,减少了对石墨烯结构的破坏,制备/出浓度高达1其mmL的较纯的稳定石墨烯分散液,g/电导率为712Sm。
辟了安全无害还原剂替代品的道路。2011年,Fan
FiricalexfoliationofgrahitebuetalgpyS
或多层石墨烯的技术。2.3 化学气相沉积法
2.4 外延生长法
]22
,上生长石墨烯的技术[以其产物大、导电率高
在单晶表面外延生长石墨烯,再通过化学刻蚀将
成为制备石墨烯的一种主要方法,尤其是以SiO2为基
23]
,体所制备的石墨烯是重要的电设备材料[但所需的[4]
反应温度较高。2009年麻省理工学院的Reina等2
用沉积Ni膜的硅片作基体制备出1~12层的最大面
[5]
在大气压、以铜为2011年,Flores等21000℃条件下,
基板,液体己烷为碳源,用化学气相沉积法制备出约为
积为2并成功从基体上完整地转移下0m的石墨烯,μ来,从而掀起了化学气相沉积法制备石墨烯的热潮。
[8]
石墨烯。2在一个原子级光滑的012年Nakiti等2y
)阶梯平台上种出24H-SiC(000100m×200m的大μμ
面积双层、伯纳尔堆积的外延生长石墨烯。图2为
[7]附S也有用到N的。但是i原子来制备石墨烯,iC22
很难得到大面积、厚度均一的SiC单晶表面结构复杂,
其从基片上转移下来。主要是加热S脱iC单晶表面,
其透光率为711层的石墨烯,3.7%。2012年,Qi
]26
等[利用射频等立体增强化学气相沉积法(RF-在一个更低的温度(下,在沉积NPECVD)650℃)i膜的SiO2基底上合成了高质量的单层或多层大面积石墨烯。沉积过程中引入了微量甲烷气体,使沉积时间,缩至3并可以通过控制反应时间或气体流速0~60s控制石墨烯的层数。这种改进后的化学气相沉积法是一种简单、低成本、有效的、低温可控合成大面积的单
Nakiti等的外延石墨烯在4H-SiC上的生长示意图。y
/(),在3相对的00K时载流子迁移率为1730cm2V·s
12
/载流子浓度为3.26×10cm2。其载流子迁移速率比
已经报道的相似的载流子浓度、相似的尺寸下的双层片高。但是,因为S所以研究人员iC单晶的价格昂贵,
[9]
也在寻找金属作为基板。2对于011年,Zanwill等2g
石墨烯外延生长在紧密排列的金属上的可能性进行了理论研究,理论上证明这种方法的可行性以及优越性。
以I通过第一原理计算和计2012年Wu等3r为例,
算机模拟探究石墨烯在金属基底上的外延生长机制。
[]
朱振峰等:石墨烯的制备和应用
同年,Olle等
[]31
成功制备过渡金属Ni上外延生长的
石墨烯。
2135
Fichematicforthegrowthofeitaxialraheneon4H-Sialg2Spgp剖开纳米管法,将纳米管沿轴向剪开制备石 除此,3.2 超级电容器墨烯;合成法,如将稠环芳烃聚合在一起形成石墨烯;电弧法,利用电弧蒸发阳极石墨棒制得石墨烯等也是目前用到的制备方法。研究人员也在不断地对各种方法进行改进,或者探索新的方法,以便制备出质量更好的适合工业生产的石墨烯。
图2 Nakiti等的外延石墨烯在4H-SiCy
比表面积,同
]36
,输[。
37][是评价电容
3 石墨烯的应用
实际应用才是所有研究的根本目的,石墨烯用同样备受关注。其制备方法的日渐成熟,体管、高灵敏度传感器、超级电容器、复合3.1 晶体管
受物理原理的制约,硅晶体极限,石硅高的载流子迁移率,、的厚度,大规模集成设备很有优势。33]
,硅晶体管更快[存、8]
Fe23O4和聚苯胺装饰
,以
参研究的重点所在。Mi-
/压扫描速率120MVs的条件/、60、180和375Fg。电压扫描
/层状双氢氧化物作超级电容器
/比容量会提高8MVs时,0%。Gao/7且使用寿命长,81.5Fg的极大比电容,。这些研究为石墨烯作为超级电容器材料开。
.3 传感器
石墨烯的超大比表面积是制备传感器的一个重要因素,且基于石墨烯材料的传感器尺寸小、能耗低、耐久、可靠。但是其灵敏度、成本和批量化生产仍是石墨烯传感器有待解决的问题。
]40
,吸附气体后能快速改变导电性机制制成的[对周围
电极材料。
石墨烯气体传感器是基于其独特的电子结构使其
具有高载流子迁移速度、机械柔韧性、环境稳定性
[4]
的透明石墨烯晶体管是现在研究的目标。L使u等3
环境非常敏感,即便一个气体分子吸附或者释放都可
[1]
以被检测到。P利用纳米球刻蚀和反应离子刻aul4
用高电容的天然氧化铝作为栅极电介质,在柔性塑料基体上制备出高电子迁移率、低操作电压的自对准石(),(),空穴迁移率为2而且氧V·s60~300cm/V·s
化铝栅极提供了一个3V的低压设备操作。这些结果
2
2
墨烯场效应晶体管,其电子迁移率为150~230cm/
蚀技术将生长在镀有SiOi基底上的单层石墨2膜的S烯制成石墨烯纳米网。以此制备的气体传感器对NOH3的灵敏度分别约为4.32×10-4和0.712和N
探测极限分别为1.×10-4,5×10-8和1.60×10-7。基于石墨烯的生物传感器也是现在研究的热点,Guo
]42
等[制备的功能化石墨烯生物传感器能实时检测活
表明,自对准石墨烯晶体管可以显著的提高柔性电子元件的性能和稳定性。Lee等
[35]
在也塑料基底上制备
出高性能、柔性石墨烯基薄膜晶体管,在0.1V的漏极/()。在此基础上以石墨烯为材料300和250cm2V·s
的可伸缩晶体管也是一个研究热点,虽然2011年韩国已经制造出这种新型晶体管,但是其性能和延伸性应用还值得探究。
偏压下,表现出更高的空穴和电子的迁移率,分别为
细胞中的NO,可广泛的应用在神经科学、药物治疗筛氨基喹啉接入氧化石墨烯,成功地制备了一种高效8-和高灵敏度的检测D葡萄糖胺的光传感器,为设计和-开发具有高选择性和高敏感度的转氨基糖和许多其它生物分子的选择性探测光学传感器提供了一个新思
[4]
路。K也开发了一种氧化荧光石墨烯/聚乙undu等4[]43选、活细胞化验等医学方面。Cheng等将荧光基团
3+
烯醇传感器,被用作水介质中的A离子选择性传u感,探测极限约为2.75×10-7。越来越多种类基于石
2136
墨烯材料的传感器被相继研究,性能也逐渐提高,离灵敏、经济、高产的目标又近了一步。
3.4 太阳能电池
由于石墨烯在宽的波长范围内具有很高的透过率和载流子迁移率,结合优异的力学性能和稳定性,因而被认为有望替代有毒、价格昂贵、对酸性和中性环境敏感、热稳定性较差、吸收光谱范围较小的氧化铟锡,成为理想的透明电极材料,
应用于太阳能电池,所以能量转换效率是其研究的关键所在。近年来,研究人员通过对石墨烯材料进行各种掺杂处理,来提高其能量转化率,取得了很大的进展。
5
将四氰基苯醌二甲烷嵌入石墨烯层间,Hsu等4
/四氰基苯醌二甲烷做透明电极的太阳制备的以石墨烯
[]
Liu在石墨烯中掺杂Au纳米粒子和乙烯二氧噻吩,
制成的太阳能电池能量转换效率稍稍提高到2.7%。
[46]
[7]
在还原的氧化石墨硫化铜(Radich等4-RGO-CuS)2
,复合材料夹层嵌入C最后制得的太阳能电池能量dSe[8]
转换效率为4.在石墨烯中掺入三氟4%。Miao等4
)卷2013年第19期(44
甲基磺酰胺。图3为Miao等的三氟甲基磺酰胺掺杂的石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池图。最后制成的单层石墨烯/在AMn-Si肖特基结太阳能电池,1.5光照下展现出一个光达8.是迄今6%的能量转换效率,为止的最高值。势的转变,包括,增加石墨烯载流子密度)增加电都能改善太阳能池的内置电势(增加电池的填充因子能。基于石墨提高,让能电池,在光照AM能量转化率约为21.5时,.58%。
4 结 论
FimaesofTunctionsolarcellsbiaoetalg3IgyjyM
图3 MiaoSi肖特基结太阳能电池图
稳定存在的被成,2004年,
重新燃起了希望。经过这几年的努力,室研究已取得了巨大进展,我们向大规模、低成本、高质量石墨烯的生产迈进了一步。同时,石墨烯的应用研究也备受关注。虽然将其用于实际生产还有一些难题需要克服,但我们仍然能看到石墨烯材料的美好前景。参考文献:
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chwecanseethehuedevelomentpotentialofthegrahe.gpp:;;Keordsrahenerearationalicationywgppppp
(,’,)SchoolofMaterialsScienceandEnineerinShaanxiUniversitfScienceandTechnoloXian710021Chinaggyogy,:,,AbstractGrahenehasattractedtremendousattentionfromresearchersduetoitsexcellentelectricalthermalp
,,mechanicalroertiesaswellashihoticaltransarencndlaresecificsurfaceareaetc.Eseciallnppgppyagppyi
,2004,stablegrahenewassuccessfullaineditleadstoahihtidefortheresearch.Togetthegrahenepyggp
,,whichislowcostlareareahihqualitndcanbealiedtopracticalroductionistheaimoftheresearch-ggyappp
朱振峰等:
石墨烯的制备和应用
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