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机械剥离法制备石墨烯及其在石墨烯_陶瓷复合材料制备中的应用_江莞

第30卷第1期2011年1月

MATERIALSCHINA

中国材料进展

Vol.30No.1Jan.

机械剥离法制备石墨烯及其在石墨烯_陶瓷复合材料制备中的应用_江莞

2011

特约专栏

机械剥离法制备石墨烯及其在石墨烯/陶瓷复合材料制备中的应用

莞,范宇驰,刘

霞,王连军

(东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620)

要:扼要介绍了石墨烯特殊的二维结构及因这种结构导致石墨烯所具有的极其优异的电学、光学和力学性质。回顾了石

墨烯的研究历史以及微机械剥离法在其中所起到的重要作用,并对主要制备方法进行了简要的介绍。然后,阐述了以机械磨为剥离工具的新型机械剥离法的发展和已取得的成果。最后,对利用机械剥离法制备石墨烯/陶瓷复合材料粉体的探索进行了总结和概括。同时,展望了机械剥离法在制备石墨烯及其复合材料中的应用前景。

关键词:机械剥离法;石墨烯;石墨烯/陶瓷复合材料中图分类号:TG146.4

文献标识码:A

文章编号:1674-3962(2011)01-0012-09

PreparationofGraphenebyMechanicalExfoliation

andItsApplicationinPreparationofGraphene/CeramicComposites

JIANGWan,FANYuchi,LIUXia,WANGLianjun

(StateKeyLaboratoryforModificationofChemicalFibersandPolymer

Materials,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

Abstract:Bothofthespecifictwo-dimensionalstructureandtheoutstandingelectrical,opticalandmechanicalproper-tiesbroughtalongofgrapheneweresummarized.Theresearchhistoryofgrapheneandthesignificantroleplayedbymicro-mechanicalexfoliationwerereviewed,andthemainmethodsofmicromechanicalexfoliationwerebrieflyintroduced.Fur-thermore,thedevelopmentandachievementsofthenewmechanicalexfoliationmethodswhichmainlyusethemechanicalmillsasdelaminatingtoolwereillustrated.Finally,theprogressinpreparationofgraphene/ceramiccompositesbyme-chanicalexfoliationwasgeneralized.Insum,mechanicalexfoliationisaverypromisingmethodforthepreparationofgra-pheneandgraphene-basedcomposites.

Keywords:mechanicalexfoliation;graphene;graphene/ceramiccomposites

1前言

关系表现为线性,其行为符合相对论狄拉克方程。这时,载流子有效质量近似等于零,速度可与光速相比较(~106m/s)。在实验中发现,通过微机械剥离法制得

2-1-1

的石墨烯的载流子迁移率均超过2000cmVs,通

石墨烯是1种二维碳材料,每个碳原子以sp2杂化形成共价键的方式与另外3个碳原子相连,继而排列成为蜂窝状的晶格。每个碳原子上剩余的1个p轨道,垂

*

直与晶格平面杂化形成π带(导带)和π带(价带),控

过电流退火进行表面气体脱附后,载流子迁移率可以达

2-1-1

到25000cmVs,如果进一步去除石墨烯附着的衬底2-1-1

使其悬空,则载流子迁移率可以达到200000cmVs,

制着晶格面内的导电现象

[1]

。这种特殊的二维结构导致

石墨烯展现出各种特殊的性能。

在电学性能方面,在低能极限处,能量-动量色散

这是已报道的半金属材料中可以达到的最大值

[2-4]

。而

且,这个迁移率在10~100K的温度范围内都是不随温度变化的,即便在施加高场强引入的大载流子浓度下,载流子迁移率依然很高,并且化学掺杂对迁移率的影响也不大

[5]

收稿日期:2010-12-13

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50625414,51074054)通信作者:江

莞,男,1961年生,教授,博士生导师

。这就使得载流子在亚微米尺度上实现弹道输

[3]

运成为了可能。事实上,通过对电导测量估算出的电子平均自由程已经接近1μm

。正是因为石墨烯有如此

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