图2-5 泡沫镍为衬底生长出的石墨烯

2.6 比较实验利用Hummer法氧化还原石墨烯

Hummers法制备石墨烯： 一 低温反应：

分别称取0.5g鳞片石墨，3g高锰酸钾，0.5g硝酸钠，放置于研磨碗中，研磨30min后，将研磨均匀的药品加入60ml浓硫酸，打开水浴锅，在0℃水浴中搅拌反应24小时。 二 中温反应：

将反应24小时上述溶液置于35℃水浴中继续搅拌1小时。如图2-6成墨绿色。

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图2-6 混合溶液

三 高温反应：

将水浴搅拌机温度调至100℃后继续搅拌30 min，边搅拌边加入一定量的水（大约200ml）左右，此时可以观察到溶液的反应非常剧烈，产生大量气泡并放出热量，溶液呈现为暗红色如图2-7 a。再继续搅拌30min后加入12ml双氧水，溶液继续放热，呈金黄色如图2-7 b。然后将溶液放在磁力搅拌机上搅拌至溶液温度降到室温后离心，前两次离心可以将离心机转速控制在5000转/min离心30min,然后将转速调高至10000转/min大概10min左右（保留此时的上清液备用还原测试性能）直到测试上清液为中性。最后将溶液稀释备用如下图2-7 c为稀释后的氧化石墨。

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图2-7 a

图2-7 b

图2-7 c稀释后氧化石墨0.5mg/ml

四 还原反应（NN还原法）

①取10ml浓度0.5mg/ml氧化石墨，40ml去离子水，并将其加入到一个烧杯中，加入磁搅拌子。

②加入5μl水合肼，35μl氨水进行还原。

③将溶液放置在95℃左右的水浴锅中，用保鲜膜封口搅拌一小时。 ④一小时后将溶液取出，搅拌冷却至室温后超声。

⑤抽滤成膜。（测试性能及表征）如下图2-8为还原出来的石墨烯溶液。

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图2-8还原后石墨烯溶液

2.7 总结

氧化还原法可以宏量的制备石墨烯，并且GO 可很好地分散在水中，容易进行组装，因此在包括透明导电薄膜、复合材料、储能等方面的研究中应用广泛。但是，由于制备过程中破坏了石墨烯的结构，加之还原过程中很难还原完全，故而该方法制备的石墨烯含有较多缺陷，电学性能较差，面积也相对较小，不适合应用于对石墨烯质量要求较高的场合。

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第三章 对石墨烯样品的主要性能表征

对于研制出来的新的材料，对于任何一种材料，要想知道其结构如何，就必须知道针对这种材料可采用的表征方法，这样我们才能够对这种材料从微观结构上加深理解。然而对于同种材料而言，所选择的表征方法不一样，结果会有所不同[19]。因此，对于同的材料选择不同的材料结构分析方法是非常重要的，所谓的表征就是利用特定的仪器，对材料表面进行观察分析，从而我们可以进一步的得到该材料的具体性质参数，通过表征技术，可以反向对比分析出该材料在制备过程中使用什么样的配比，来达到最好的性质，这样才能快速的将实验转换成产品，极大地提高了我们研究的速率。但是不同的表征技术得到的分析结果是大不相同的，由于科学技术的进步，现在越来越多的表征的仪器被开发出来，表征技术也得到了快速的发展，这大大加快了对石墨烯制备的发展进程，例如想要鉴别石墨烯最直接的表征方法就是使用原子力显微镜，我们可以在观察到石墨烯的表面结构的同时也能够测到石墨烯的厚度，就能确定石墨稀是否存在。但是，这种效率值太低。[20]另外地，因为石墨稀表面存在有吸附物质，在我们测量石墨烯厚度的时候，真实值要比实测值要小。本论文主要介绍三种表征技术，分别是扫描电镜(SEM),X射线衍射分析（XRD）和原子力显微镜（AFM)[21]。

3.1 原子力显微镜（AFM）

原子力显微镜是鉴别石墨烯最直接的表征方法，我们可以利用观察到石墨烯的表面结构，同时可以测出石墨烯的厚度，从而确定石墨稀的存在。利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。下图3-1就是我们利用原子力显微镜观察出来的转移到云母片上石墨烯的图片。从图3-1 a中，我们可以观察到石墨烯的生长区域。从图3-1 b中我们可以清楚的看到不同扫描处石墨烯的厚度也是不同的，那是因为我们在扫描的时候会有些石墨烯表面翘起来，或者生长出来的石墨烯并不是单层的，而且，我们把石墨烯放到了云母片上，云母片也是具有一定的厚度的。经过查证文献我们了解到单层石墨烯的厚度仅为 0.35 nm，当置于 Si O2衬底上时，测得的单层石墨烯的厚度一般为 0.8-1.2 nm[22]结合实际表征图我们成功的制备出来石墨烯，只是该石墨烯应该为2-3层。

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