科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源(ALS)”电子同步 加速器。这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上X射钱强度的1亿倍。科 学家利用这一强光源观测发现，石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强 烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。 化学性质 关于石墨炜化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子 和分子。从表面化学的角度来看，石墨怖的性质类似于石墨，可利用石墨来推测 石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得 到广泛关注有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。这一点 未得到解决，研究石墨烯化学会面临重重困难。 记忆效应 质谱测定中的记忆效应表现为一次涂样测定的结果受到残存在离子源内测 定过的同种样品的影响，当前后样品的待测同位素丰度相差越大时，记忆效应带 来的影响也越大。在热电离质谱测定中，记忆效应主要由石墨烯表面吸附和样品 沉积两种因素引起。有些活性强的化合物的蒸气与离子源内表面接触时会被吸 附，吸附量的多少除了与化合物的性质有关外，还与离子源内表面的材料及光洁 度有关。 当长期工作以后，样品蒸气在离子源内表面的沉积会越来越多，特别是在源 的出口缝及离子光学透镜的狭缝处，如果在高温下工作，沉积在离子源内表面的 样品会令热再次蒸发而被电离，影响测定结果的准确性。另外一种情况，虽然测 定的元素与离子源已沉积的元素不一样，但它们是同质异位素，这样离子源内表 面的沉积也会对测定结果带来影响。记忆效应的强弱与所米用的样品化合物的形 式有关，如进行锂同位素测定时，采用不同锂化合物涂样，定量测定的记忆的锂 量相差很大，其中以L正的记忆效应最强。 6制备方法 石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备 方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、 有机合成法和碳纳米管剥离法等。 微机械剥离法
科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源（ALS）”电子同步 加速器。这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上 X 射线强度的 1 亿倍。科 学家利用这一强光源观测发现，石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强 烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。 化学性质 关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子 和分子。从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测 石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得 到广泛关注有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。这一点 未得到解决，研究石墨烯化学会面临重重困难。 记忆效应 质谱测定中的记忆效应表现为一次涂样测定的结果受到残存在离子源内测 定过的同种样品的影响，当前后样品的待测同位素丰度相差越大时，记忆效应带 来的影响也越大。在热电离质谱测定中，记忆效应主要由石墨烯表面吸附和样品 沉积两种因素引起。有些活性强的化合物的蒸气与离子源内表面接触时会被吸 附，吸附量的多少除了与化合物的性质有关外，还与离子源内表面的材料及光洁 度有关。 当长期工作以后，样品蒸气在离子源内表面的沉积会越来越多，特别是在源 的出口缝及离子光学透镜的狭缝处，如果在高温下工作，沉积在离子源内表面的 样品会受热再次蒸发而被电离，影响测定结果的准确性。另外一种情况，虽然测 定的元素与离子源已沉积的元素不一样，但它们是同质异位素，这样离子源内表 面的沉积也会对测定结果带来影响。记忆效应的强弱与所采用的样品化合物的形 式有关，如进行锂同位素测定时，采用不同锂化合物凃样，定量测定的记忆的锂 量相差很大，其中以 LiF 的记忆效应最强。 6 制备方法 石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备 方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、 有机合成法和碳纳米管剥离法等。 微机械剥离法
2004年，Geim等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方 法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的 原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足， 不满足工业化和规模化生产要求，只能作为实验室小规模制备。 化学气相沉积法 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)首次在规模化制备石墨烯 的问题方面有了新的突玻（参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯）。CVD法是指 反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表 面，进而制得因体材料的工艺技术。 麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen 等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉， 通入含碳气体，如：碳氨化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面，形 成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这 种薄膜在透光率为80%时电导率即可达到1.1×106Sm,成为透明导电薄膜的潜 在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料 单晶镍的价格太吊贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可 以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。 氧化还原法 氧化还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的最佳方法，而且 可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化还原法是 指把天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制 备成氧化石墨烯（单层氧化石墨），加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如 羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。 氧化还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简 便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。Ru0f等发现通过加入化学物质例如 二甲肼、对苯二酚、硼氬化钠NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团，就 能得到石墨怖。氧化还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以 分散在溶剂中的问题
2004 年，Geim 等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim 研究组利用这一方 法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的 原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足， 不满足工业化和规模化生产要求，只能作为实验室小规模制备。 化学气相沉积法 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)首次在规模化制备石墨烯 的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD 法是指 反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表 面，进而制得固体材料的工艺技术。 麻省理工学院的 Kong 等、韩国成均馆大学的 Hong 等和普渡大学的 Chen 等在利用 CVD 法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉， 通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形 成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这 种薄膜在透光率为 80%时电导率即可达到 1.1×106S/m，成为透明导电薄膜的潜 在替代品。用 CVD 法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料 单晶镍的价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD 法可 以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。 氧化还原法 氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的最佳方法，而且 可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是 指把天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制 备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如 羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。 氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简 便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。Ruoff 等发现通过加入化学物质例如 二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团，就 能得到石墨烯。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以 分散在溶剂中的问题
氧化还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定 的缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结枸缺陷，这些会 导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。 溶剂剥离法 溶剂剥离法的原理是把少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的分散液，利 用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层 层剥离，制备出石墨烯。此方法不会像氧化还原法那样破坏石墨烯的结构，可 以制备高质量的石墨烯。在氨甲基吡略烷酮中石墨烯的产率最高（大约为8%）， 电导率为6500Sm。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适 合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯，整个液相 剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材 料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。 溶剂热法 溶剂热法是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用有机溶剂作为反应介 质，通过把反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中自身产生 高压而进行材料制备的一种有效方法。 溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题，同时也带来了电导率很低的负面 影响。为解决由此带来的不足，研究者把溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了 高质量的石墨烯。Dai等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电 阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石 墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合会成为石墨 烯制备的又一亮点 其它方法 石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电 孤法、电化学法等。笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片的新 方法，并尝试宏量生产石墨烯的研究中取得较好的成果。如何综合运用各种石墨 烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善 结构和电性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新 的道路
氧化-还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定 的缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH 基团的结构缺陷，这些会 导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。 溶剂剥离法 溶剂剥离法的原理是把少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的分散液，利 用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层 层剥离，制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构，可 以制备高质量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率最高(大约为 8%)， 电导率为 6500S/m。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适 合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯，整个液相 剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材 料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。 溶剂热法 溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用有机溶剂作为反应介 质，通过把反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中自身产生 高压而进行材料制备的一种有效方法。 溶剂热法解决了规模化制备石墨烯的问题，同时也带来了电导率很低的负面 影响。为解决由此带来的不足，研究者把溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了 高质量的石墨烯。Dai 等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电 阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石 墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合会成为石墨 烯制备的又一亮点。 其它方法 石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电 弧法、电化学法等。笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片的新 方法，并尝试宏量生产石墨烯的研究中取得较好的成果。如何综合运用各种石墨 烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善 结构和电性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新 的道路
7技术发展 美国能源部国家直线加速器实验室(SLAC)和斯坦福大学的一项研究首次 揭示了石墨烯插层复合材料的超导机制，并发现一种潜在的工艺能使石墨烯这个 具有广阔应用前景的“材料之王”获得人们梦寐以求的超导性能。该研究有助于推 动石墨烯在超导领域的应用，开发出高速品体管、纳米传感器和量子计算设备 相关论文发表在2014年3月20日出版的《自然通讯》杂志上。 石墨烯是一种呈蜂巢状排列的单层碳原子结枸，是已知的最薄、强度最高的 物质，具有优良的物理化学性能。科学家希望用石墨烯制成高速晶体管、传感器 乃至透明电极。此前，人们就已知道掺杂金属原子的石墨烯插层材料具有二维超 导性能。但科学家们一直无法确定超导性是来源于金属、石墨烯还是两者兼而有 之。新研究首次通过令人信服的证据，证明了是石墨烯在其中起到了关键作用。 为相关材料在纳米级电子器件领域的应用锖平了道路。 物理学家组织网2014年3月21日的报道中称，研究人员是通过强紫外线对 一种名为钙插层石墨烯(CaC6)的材料进行研究后得出上述结论的。CaC6是纯 钙晶体与石墨发生化学反应所得到的石墨烯插层复合材料，由单层碳原子石墨烯 和单层原子钙交替复合而成。 研究人员把一份来自英国伦敦大学学院(UCL)的CaC6样品在斯坦福同步 辐射光源实验室(SSL)进行了分析。高强度的紫外线能够帮助他们深入到材 料内部进行观察，分清每层内的电子是如何运动的。实验显示，电子在石墨烯和 钙原子层之间来回散射，与材料的原子结构发生自然振动并发生配对，从而获得 了无电阻的孚电性 韩国研究人员在硅基底上成功合成了品片级的高质量多层石墨烯。该方法基 于一种离子注入技术，简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。 晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分，但大部分石墨烯 制造方法都与硅微电子器件不兼容，阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的跨 越。2 8应用前景 编辑 纳电子器件方面
7 技术发展 美国能源部国家直线加速器实验室（SLAC）和斯坦福大学的一项研究首次 揭示了石墨烯插层复合材料的超导机制，并发现一种潜在的工艺能使石墨烯这个 具有广阔应用前景的“材料之王”获得人们梦寐以求的超导性能。该研究有助于推 动石墨烯在超导领域的应用，开发出高速晶体管、纳米传感器和量子计算设备。 相关论文发表在 2014 年 3 月 20 日出版的《自然通讯》杂志上。 石墨烯是一种呈蜂巢状排列的单层碳原子结构，是已知的最薄、强度最高的 物质，具有优良的物理化学性能。科学家希望用石墨烯制成高速晶体管、传感器 乃至透明电极。此前，人们就已知道掺杂金属原子的石墨烯插层材料具有二维超 导性能。但科学家们一直无法确定超导性是来源于金属、石墨烯还是两者兼而有 之。新研究首次通过令人信服的证据，证明了是石墨烯在其中起到了关键作用。 为相关材料在纳米级电子器件领域的应用铺平了道路。 物理学家组织网 2014 年 3 月 21 日的报道中称，研究人员是通过强紫外线对 一种名为钙插层石墨烯（CaC6）的材料进行研究后得出上述结论的。CaC6 是纯 钙晶体与石墨发生化学反应所得到的石墨烯插层复合材料，由单层碳原子石墨烯 和单层原子钙交替复合而成。 研究人员把一份来自英国伦敦大学学院（UCL）的 CaC6 样品在斯坦福同步 辐射光源实验室（SSRL）进行了分析。高强度的紫外线能够帮助他们深入到材 料内部进行观察，分清每层内的电子是如何运动的。实验显示，电子在石墨烯和 钙原子层之间来回散射，与材料的原子结构发生自然振动并发生配对，从而获得 了无电阻的导电性。 韩国研究人员在硅基底上成功合成了晶片级的高质量多层石墨烯。该方法基 于一种离子注入技术，简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。 晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分，但大部分石墨烯 制造方法都与硅微电子器件不兼容，阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的跨 越。[2] 8 应用前景 编辑 纳电子器件方面