3电化学快速剥离法
就现今所提出的氧化还原方法,还原后的石墨烯仍存在大量的缺陷结构,且工艺上乃是先经过剧烈氧化过程后,才透过还原工艺在做结构复原。所以学者又发展出利用电化学的方式来剥离出石墨烯,如图3所示。这个工艺可以大量且快速的获得高品质的石墨烯,其剥离下来的石墨烯即呈现高导电特性(载流子迁移率达~17cm2/Vs)。

4化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种可以获得大面积且高质量石墨烯的工艺方式,也由于石墨烯是成长于金属基板上,因此只要寻找到适当的蚀刻液来移除底下的金属,就可以把石墨烯转移至各种基板上,来做后续多样性的应用。因此相较于早期利用SiC来成长石墨烯而无法将之取下来使用的瓶颈,此方法提供更为广泛的应用,因此获得瞩目。
化学气相沉积法主要利用催化触媒为成长之基材(如铜、镍等),在900-1000℃的温度下,先通入含有氢气的混合气体(H2/Ar)做前处理,将基材做还原,随后通入成长石墨烯的前驱气体(如氢气、甲烷),此时裂解的碳源(CHradicals)将吸附于表面,开始进行成核(nucleation)、石墨烯晶域(domain),接着各个晶域相互连结成连续的石墨烯薄膜(如图4所示)。

而目前常见的两种成长方式,分别是利用镍、铜这两种金属基板。其中镍金属基板的成长较早被提出来,由于它的成长机制主要是在高温时让裂解的碳原子溶入镍金属中,形成固溶体,并在降温的过程于镍的表面析出石墨烯,因此实际上无法很精确的控制碳原子溶入的量,使得析出石墨烯的层数无法精确控制。通常这种方式可以获得高结晶性但多层的石墨烯,不易得到大面积均匀的单层石墨烯,因此在某些需要精确控制石墨烯层数的应用(如透明导电薄膜),将受到限制。
随后,X.Li(2009)等人提出利用铜箔基板来成长石墨烯,发现可以获得大面积均匀且单层的高结晶性石墨烯。这主要归因于材料相图上,碳与铜的固溶性低,因此高温时,碳原子仅能在铜的表面排列为石墨烯的结构,经由分析发现这种方式成长的石墨烯约大于90%的面积可以得到单一层石墨烯。
5各种制备工艺有缺点对比分析
总结上述石墨烯的合成技术,各种技术都有其特点:化学气相沉积法可以获得高结晶性且大面积的石墨稀、还原氧化石墨烯的方法可在低成本下,大量制备石墨烯,但其缺陷高;电化学剥离法具量产性且结晶质量中等、深具应用端的发展价值。表1为整理各种石墨烯工艺的特点比较以及应用端价值的评估(依据量产性与石墨烯结晶品质作为评估)。


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