石墨烯是怎樣生產的

石墨烯如何生產？石墨烯的生產製備方法有機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法、溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。前四種最為常用，下面進一步介紹這四種石墨烯生產方法。

機械剝離法

當年Geim研究組就是利用3M的膠帶手工製備出了石墨烯的，但是這種方法產率極低而且得到的石墨烯尺寸很小，該方法顯然並不具備工業化生產的可能性。

化學氣相沉積法（CVD）

化學氣相沉積法主要用於製備石墨烯薄膜，高溫下甲烷等氣體在金屬襯底（Cu箔）表面催化裂解沉積然後形成石墨烯。CVD法的優點在於可以生長大面積、高質量、均勻性好的石墨烯薄膜，但缺點是成本高工藝複雜存在轉移的難題，而且生長出來的一般都是多晶。

氧化-還原法

氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨（GO），經過超聲分散製備成氧化石墨烯，然後加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團後得到石墨烯。氧化-還原法制備成本較低容易實現，成為生產石墨烯的最主流方法。但是該方法所產生的廢液對環境汙染比較嚴重，所製備的石墨烯一般都是多層石墨烯或者石墨微晶而非嚴格意義上的石墨烯，並且產品存在缺陷而導致石墨烯部分電學和力學效能損失。

溶劑剝離法

溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散於溶劑中形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的範德華力，溶劑插入石墨層間，進行層層剝離而製備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構，可以製備高質量的石墨烯。缺點是成本較高並且產率很低，工業化生產比較困難。

石墨烯的生產會越來越好

目前市場上好多廠家生產的石墨烯，石墨片層數目不等，表面存在大量的缺陷和官能團，無論是導電性、導熱性還是機械性都跟獲得諾貝爾獎的石墨烯是兩回事。另外有些廠家在生產過程中新增大量的表面活性劑，有些表面活性劑對粉體導電性影響很大，目前好多“石墨烯”居然連上游原料---石墨的電導率都不如！另外，粉體中含有的大量表面活性劑使得下游應用廠商在使用過程中還要充分考慮這些助劑的影響。

我們經常說十層以下就是石墨烯，但是對於石墨烯粉體生產商來說，應該在報告中體現出十層以下佔比。如果石墨烯粉體的製造商都無法制造出高品質石墨烯，何談應用突破？石墨烯標準的儘快確立才能使這個行業向著良性方向發展。

相信隨著技術的發展，石墨烯的生產會越來越好。且看新聞：人民網瀋陽1月9日電，本網從中科院金屬研究獲悉，金屬所完成的“高質量石墨烯材料的製備與應用基礎研究”專案獲得國家自然科學獎二等獎，主要完成人為任文才，成會明，陳宗平，吳忠帥，高力波。

該專案自2007年起深入系統地開展了化學氣相沉積（CVD）法和化學氧化剝離法制備高質量石墨烯材料及其在儲能、光電和複合材料領域應用的基礎研究，取得了多項原創性成果： 提出了以多孔金屬為生長基體的模板導向CVD方法，製備出高導電、柔性的石墨烯三維網路結構材料，並研製出基於該材料的高效能彈性導體和輕質高效的柔性電磁遮蔽材料，拓展了石墨烯的物性和應用。揭示了石墨烯邊界依賴的生長動力學，率先製備出毫米級高質量單晶石墨烯，發明了普適的電化學氣體鼓泡無損轉移方法，為石墨烯在光/電子器件中的應用奠定了基礎。結合石墨烯和高容量金屬氧化物的結構效能特點，提出將兩者複合的思路，製備出鋰離子電池和超級電容器用高效能石墨烯錨固金屬氧化物奈米顆粒複合電極材料，發現並闡明瞭兩者之間的協同儲能效應。提出了氫電弧快速加熱膨脹解理與還原方法和高效、無損的氫碘酸還原方法，顯著提高了還原氧化石墨烯材料的導電性，為石墨烯的規模製備和應用研究奠定了基礎。

石墨烯是由一層層碳原子組成的單層二維晶體結構，它可以透過以下幾種常見的方法生產：

1. 機械剝離法（Mechanical Exfoliation）：這是最早發現石墨烯的方法之一，也被稱為“錫薄帶法”。透過用膠帶或其它黏性材料反覆粘取和剝離石墨表面，來逐漸剝離出石墨烯片層。

2. 化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition, CVD）：在高溫下，將碳源氣體（如甲烷）匯入反應室中，使其分解並沉積在金屬基底上。透過控制溫度、壓力和碳源濃度等引數，可以生長出大面積、高質量的石墨烯薄膜。

3. 液相剝離法（Liquid Phase Exfoliation）：將石墨材料浸泡在溶劑中，並透過機械或超聲波的作用，使石墨層逐漸剝離開來，形成石墨烯分散液。通過後續的離心、過濾等處理，可以得到石墨烯的可用形式。

4. 熱還原氧化法（Thermal Reduction of Graphene Oxide）：將氧化石墨烯（graphene oxide）在高溫下還原，去除氧功能團，得到石墨烯。這種方法相對簡單，但生成的石墨烯質量可能相對較差。

需要注意的是，無論採用哪種方法，對於大規模生產石墨烯來說，仍然面臨許多挑戰。目前還沒有找到一種高效、低成本且可擴充套件的方法來實現大規模的石墨烯生產，因此石墨烯的商業應用仍然受到制約。但隨著技術的不斷進步，相信未來會有更多創新的方法來解決這些挑戰。