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3.3.1 添加还原石墨烯 26
3.3.2 透光率分析 26
3.3.3 红外吸收光谱分析 28
3.3.4 XRD分析 28
3.3.5 扫描电镜分析 29
3.3.6 显微硬度法测试薄膜厚度和硬度 30
4 结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 石墨烯及其衍生物
1.1.1 石墨烯
2004年，英国曼切斯特大学科学家Geim等人通过机械剥离高度热解的鳞片石墨，成功获得了只有一个原子厚度的碳材料——石墨烯(graphene)[1]，并且证明这种物质能够在外界环境中稳定存在，这一发现震惊了整个物理学界，为二文碳材料的理论实验研究提供了全新的视角。理论上完美的石墨烯是指由碳原子751边形网格形成的单层石墨片层，厚度只有0.335 nm它被认为是富勒烯、碳纳米管、石墨的基本结构单元，多层石墨烯按一定次序平行排列就可构成三文石墨结构，石墨烯的基本结构示意图如图1-1所示。
1-1 石墨烯基本结构示意图
在石墨烯中，碳原子以SP2杂化轨道与其它原子通过强σ键相连接，这些高强度的σ键使石墨烯具有优异的结构刚性，平行片层方向具有很高的强度。碳原子有四个价电子，这样每个碳原予都贡献一个未成键π电子，这些π电子在同一平面层碳原子的上下形成大π键，进而形成垂直于石墨烯片层的互相平行的π轨道，这种离域π电子在碳网平面内可自由流动，类似自由电子，因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性，它的抗磁性也十分显著。
由于具有独特的结构和优异的性能，石墨烯已经在不同的应用领域引起了人们的广泛关注，越来越多的科学家都开始研究石墨烯的制备及性能。目前已经有的石墨烯的制备方法主要分为物理方法和化学方法，具体包括微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、液相剥离石墨法、电化学法等。
（1）机械剥离法
机械剥离法是最初用于制备石墨烯的物理方法，英国科学家Geim等人通过该种方法首次获得尺寸为10 pan的单层石墨烯片。他们以lmm厚的高度定向热解石墨片为原料，应用氧等离子刻蚀技术，将高定向热解石墨转移到玻璃基底上，然后用一种特制的胶带反复粘贴石墨，使得高定向热解石墨玻璃，随后将沾有石墨烯片的玻璃基底置于丙酮溶液中超声振荡。再将单晶硅放入丙酮溶液中，由于范德华力或毛细管作用，单层石墨烯片会吸附在单晶硅片上，从而成功地制得二文的石墨烯片。
（2） 化学气相沉积法
是指通过两种气相物质在反应器中均匀混合，在一定条件下发生化学反应，使生成的固相物质在基底上沉积制备材料的方法。在反应过程中，可以通过选择合成温度、调节原料气的流量和压力等来控制生成物的各成分的组分比和结构，沉积率高、沉积面光滑致密，可用于制备复杂结构的表面材料。
（3） 氧化还原石墨方法
包括Brodie法、Standenlnaier法和Hummers法，这三种方法都是用强质子酸处理原始石墨，形成一阶型石墨层间化合物，然后加入强氧化剂对其进行氧化。例如Hummers法以石墨粉为原料，经过强氧化剂浓硫酸和高锰酸钾的氧化，石墨的层问被插入了-OH、C-O-C及-COOH等含氧基团，增大了石墨的层间距，从而得到了氧化石墨。再经还原可以将氧化石墨平面结构上的含氧基团去除，可使大π键共轭体系得到恢复，即可制得具有一定导电性的石墨烯。
另外，还有液相剥离石墨法，外延生长法，微波法、热溶剂法等制备石墨烯的方法。