第一片石墨烯的诞生以及2010年诺贝尔奖的获得均归功于2004年通过微机械分离高定向热解石墨(HOPG),大致思路就是利用这一技术从HOPG表面分离石墨烯,基本过程如fig.1所示。这一方式所采用的剥离技术就是利用透明胶带在HOPG表面产生正向作用力,如果重复这一正向力很多次,石墨粉片层就会变得越来越薄,最终成为单层石墨烯。这一方法可以被应用于制备大尺寸的石墨烯。基于这一方法制备的石墨烯,许多优异的性能被发现。但是这一方法受限于实验室,同时非常耗时,仅可用来实验室研究,不可能实现工业级量产。
fig.1 微机械剥离中透明胶带分离HOPG示意图
为了节省劳动力同时提高效率,Jayasena等人设计出一种类机床设备用来剥离HOPG制备石墨烯片,如fig.2所示。HOPG样品平衡在金字塔状物上,然后埋入树脂中。劈开HOPG利用的是超尖锐单晶金刚石楔,金刚石楔安装在一个超声震动系统上,与HOPG精细对准。该方法所用的类机床是可以实现大规模生产的设备 ,但是所获得的薄片有数十纳米厚,如果能够实现更加精准的控制金刚石楔可得到高品质石墨烯。
fig.2 类机床设备剥离HOPG制备石墨烯
另一种微机械技术得自于透明胶带法,利用三辊研磨技术与高分子粘合剂,如图fig.3所示。聚氯乙烯(PVC)溶解在邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中作为粘结剂,充当类似于微机械剥离技术中的透明胶带。分散与剥离发生在粘结剂中,转动的滚轴可以将石墨粉运送到一个反转的S弯曲物中(从进料转轴到挡板转轴,然后再返回进料转轴),形成持续剥离的效果。 三辊研磨技术在橡胶工业中常用易得,但是完全去除其中的PVC和DOP获得纯粹的石墨烯并不容易。
fig.3 三辊研磨机制备石墨烯过程示意图
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