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图1-1氧化石墨烯的结构示意图
1.3氧化石墨烯的制备方法
因其优异的物理和化学性质，石墨烯引起了研究人员广泛的关注。开发各种可靠的石墨烯制备方法是通向基础和应用研究的关键一步。目前制备石墨烯的主要方法包括机械剥离法，氧化石墨还原法，化学气相沉积法，外延生长法以及其它的一些方法。
1.3.1机械剥离法
机械分离法是用外力将石墨烯薄片从较大的石墨晶体上直接剥离下来。Geim课题组利用透明胶带反复粘连剥离和在基板反复摩擦的方法得到了石墨烯[17]。目前，利用机械剥离法得到的石墨烯质量最高，因此被广泛用于基础研究以获得石墨烯本征的物理、化学性质。然而机械剥离法耗时长、产率很低、无法控制石墨烯的层数与尺寸，且单层石墨烯分散于多层石墨烯之中，很难被辨别和分离出来，因此无法用于规模化生产。
1.3.2胶体溶液法
胶体溶液法是利用化学等手段制备石墨胶体分散溶液的一种方法。该方法具有产率高、可放大生产、便于后续加工等优点而备受关注。目前胶体溶液法主要包括还原氧化石墨法和石墨及其衍生物的溶液剥离法。
还原氧化石墨法：氧化石墨最初发现于19世纪，一般是在强酸和强氧化剂存在的条件下对石墨进行氧化反应而获得。氧化石墨的氧化程度会由于采用的制备方法以及石墨原料的不同而有一定的区别。目前主要的方法有Brodie[18]法，Staudenmaie法和Hummers[19]法。其中，Hummers法因快速、简便而被更广为采用。氧化石墨依然是层状结构，只是与石墨相比，其片层上引入了许多含氧官能团，如羟基、环氧基、氮基和羧基等[20]，这使得氧化石墨具有亲水性，能在水等极性溶剂中剥离成单层，称之为氧化石墨烯。然而强烈的氧化破坏了原本石墨烯的完美共扼结构，使得氧化石墨烯几乎不导电。氧化石墨烯经过还原后，其大多数含氧官能团被脱掉，共轭结构得到一定程度的修复，故还原氧化石墨烯具有较高的导电性。因此，各种还原方法如化学还原、电化学还原、热辅助还原、光辅助还原等被开发出来以制备还原氧化石墨烯或化学修饰的石墨烯。目前，还原氧化石墨法特别是化学还原氧化石墨法，具有简便易行、可大量生产等优点，被化学与材料学的研究人员广泛采用，更重要的是可以利用这种方法制备溶液分散的单层石墨烯，赋予其更加便捷的加工优势。
石墨及其衍生物的液相剥离法：尽管通过还原可以修复其部分共轭结构，但由于氧化石墨烯的共扼结构得到了极大的破坏，故得到的还原氧化石墨烯的质量依然与机械剥离，表面生长等方法获得的石墨烯相差甚远。通过石墨及其衍生物如膨胀石墨，插层石墨等的液相剥离可以获得较高质量的石墨烯。从而在一定程度上解决了上述问题。然而石墨及其衍生物的溶液剥离法与还原氧化石墨烯法相比，往往产率较低、程序较为复杂，而且产物中单层石墨烯的比例较少，这也是该方法的缺陷。
1.3.3化学气相沉积法
化学气相沉积法是利用气态物质在过渡金属表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。韩国的Hong课题组[17]与麻省理工学院的Kong课题组[21]几乎同时通过化学气相沉积法以甲烷为碳源在镍基板上制备了面积超过1 cm2的高质量单层和少层石墨烯。其后，Ruoff等人进一步在铜表面上制备出了均一的单层石墨烯。化学气相沉积法制备的石墨烯质量较高，且可以转移至其它基板上，在器件制备上具有明显的优势，因而备受关注。