石墨烯具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能, 近年來(lái)在化學(xué)、物理和材料學(xué)界引起了廣泛的研究興趣，并且在石墨烯的制備上已取得了不少的進(jìn)展。本文就物理方法方面概述了石墨烯的制備方法。

　　物理方法通常是以廉價(jià)的石墨或膨脹石墨為原料，通過(guò)機(jī)械剝離法、取向附生法、液相或氣相直接剝離法來(lái)制備單層或多層石墨烯。這些方法原料易得, 操作相對(duì)簡(jiǎn)單，合成的石墨烯的純度高、缺陷較少。

機(jī)械剝離法制備石墨烯

　　機(jī)械剝離法或微機(jī)械剝離法是最簡(jiǎn)單的一種方法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剝離下來(lái)。Novoselovt 等于2004年用一種極為簡(jiǎn)單的微機(jī)械剝離法成功地從高定向熱解石墨上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯，驗(yàn)證了單層石墨烯的獨(dú)立存在。具體工藝如下：首先利用氧等離子在1 mm厚的高定向熱解石墨表面進(jìn)行離子刻蝕，當(dāng)在表面刻蝕出寬20 μm~2 mm、深5 μm的微槽后，用光刻膠將其粘到玻璃襯底上，再用透明膠帶反復(fù)撕揭，然后將多余的高定向熱解石墨去除并將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進(jìn)行超聲，最后將單晶硅片放入丙酮溶劑中，利用范德華力或毛細(xì)管力將單層石墨烯“撈出”。

　　但是這種方法存在一些缺點(diǎn)，如所獲得的產(chǎn)物尺寸不易控制，無(wú)法可靠地制備出長(zhǎng)度足夠的石墨烯，因此不能滿足工業(yè)化需求。

取向附生法—晶膜生長(zhǎng)制備石墨烯

　　Peter W.Sutter 等使用稀有金屬釕作為生長(zhǎng)基質(zhì)，利用基質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)“種”出了石墨烯。首先在 1150 °C下讓C原子滲入釕中，然后冷卻至850 °C，之前吸收的大量碳原子就會(huì)浮到釕表面，在整個(gè)基質(zhì)表面形成鏡片形狀的單層碳原子“孤島”，“孤島”逐漸長(zhǎng)大，最終長(zhǎng)成一層完整的石墨烯。第一層覆蓋率達(dá)80 %后，第二層開(kāi)始生長(zhǎng)，底層的石墨烯與基質(zhì)間存在強(qiáng)烈的交互作用，第二層形成后就前一層與基質(zhì)幾乎完全分離，只剩下弱電耦合，這樣制得了單層石墨烯薄片。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會(huì)影響制得的石墨烯薄片的特性。

液相和氣相直接剝離法制備石墨烯

　　液相和氣相直接剝離法指的是直接把石墨或膨脹石墨(EG)(一般通過(guò)快速升溫至1000 °C以上把表面含氧基團(tuán)除去來(lái)獲取)加在某種有機(jī)溶劑或水中，借助超聲波、加熱或氣流的作用制備一定濃度的單層或多層石墨烯溶液。Coleman等參照液相剝離碳納米管的方式將石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮 (NMP) 中，超聲1h 后單層石墨烯的產(chǎn)率為1%，而長(zhǎng)時(shí)間的超聲(462 h)可使石墨烯濃度高達(dá)1.2 mg/mL。研究表明，當(dāng)溶劑與石墨烯的表面能相匹配時(shí)，溶劑與石墨烯之間的相互作用可以平衡剝離石墨烯所需的能量，能夠較好地剝離石墨烯的溶劑表面張力范圍為40~50mJ/m2。利用氣流的沖擊作用能夠提高剝離石墨片層的效率。Janowska 等以膨脹石墨為原料，微波輻照下發(fā)現(xiàn)以氨水做溶劑能提高石墨烯的總產(chǎn)率(~8%)。深入研究證實(shí)高溫下溶劑分解產(chǎn)生的氨氣能滲入石墨片層中， 當(dāng)氣壓超過(guò)一定數(shù)值至足以克服石墨片層間的范德華力時(shí)就能使石墨剝離。

　　因以廉價(jià)的石墨或膨脹石墨為原料，制備過(guò)程不涉及化學(xué)變化，液相或氣相直接剝離法制備石墨烯具有成本低、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在單層石墨烯產(chǎn)率不高、片層團(tuán)聚嚴(yán)重、需進(jìn)一步脫去穩(wěn)定劑等缺陷。