石墨烯的制备与转移

  一、实验内容

化学气相沉积(CVD)装置图

  石墨烯(Graphene)是一种由sp2杂化的单层碳原子紧密排列而成的二维蜂窝状结构的碳质新材料,具有超薄、超轻、超高强度、超强导电性、优异的室温导热和透光性能等特点,在可穿戴电子设备、储能、海水淡化、生物医药等诸多领域具有广泛应用,成为当今材料界的明星。
  化学气相沉积法(CVD)是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法之一。本实验采用CVD法制备石墨烯,即以铜箔为催化剂基底,甲烷为前驱体,高温低压下碳源裂解生成的含碳基团(•CHn,n=0~3)吸附于金属表面成核及扩散,进而生长成“石墨烯岛”,这些“岛”逐渐长大最终合并成连续的石墨烯薄膜,实验装置和实验流程图如图所示。
  考虑到本实验反应耗时较长(制备步骤涉及升温,基底退火,碳源分解、降温四个阶段)、对实验设备要求较高,并且石墨烯生长受到温度、载量压力、碳源比例、生长时间等因素影响,难以在基础无机化学实验教学中进行大规模的实施,故无机实验课程组将实验流程拍摄成视频,以期通过视频教学,用较短时间内详细再现整个实验操作流程和实验现象,减少了因科研周期长而无法实施实验的弊端,从而开阔学生实验视野,确保课程内容的先进性。

制备石墨烯的实验流程及程序控制温度示意图

  二、功能及效果
  通过本视频的教学,学生可以了解石墨烯的结构、性能及应用,学习利用CVD法制备石墨烯的实验流程,并学习单温区滑轨炉的实验操作。

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