石墨插層法

　　該方法以天然鱗片石墨為原料，用堿金屬元素為插層劑，通過插層劑與石墨混合反應(yīng)得到石墨層間化合物。石墨層間化合物從兩個(gè)方面加速了石墨的剝離過程。首先，插層劑的插入增加了石墨的層間距離，削弱了石墨層間的范德華力。其次，鋰、鉀、銫等堿金屬插入后，將一個(gè)電子輸入石墨晶格中，使晶面帶負(fù)電，產(chǎn)生靜電斥力，使得石墨晶體容易發(fā)生剝離分開。最后通過超聲和離心處理得到石墨烯片。

　　但該方法制備出的石墨烯片為多層(＞10層)，厚度大于幾十納米，且加入的插層物質(zhì)會(huì)破壞石墨烯的sp2雜化結(jié)構(gòu)，使得石墨烯的物理和化學(xué)性能受到影響。

　　溶液剝離法

　　溶劑剝離法是將石墨分散于溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲或高速剪切等作用減弱石墨層間的范德華力，將溶劑插入石墨層間，進(jìn)行層層剝離，制備出石墨烯。2014年P(guān)aton等首先將石墨分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中，利用簡單的高速剪切實(shí)現(xiàn)快速高效地剝離石墨，得到少層的石墨烯穩(wěn)定分散液，并提出了一條實(shí)現(xiàn)石墨烯規(guī)模化生產(chǎn)的有效途徑。

　　液相剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，整個(gè)液相剝離過程沒有引入化學(xué)反應(yīng)，避免了在石墨烯表面引入結(jié)構(gòu)缺陷，這為高性能電子器件的應(yīng)用提供了優(yōu)質(zhì)石墨烯。主要缺點(diǎn)是產(chǎn)率很低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)應(yīng)用。

　　化學(xué)氣相沉積(CVD)法

　　該方法通過反應(yīng)物質(zhì)在較高溫度條件下呈氣態(tài)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，退火生成固態(tài)物質(zhì)沉積在金屬基體表面，是工業(yè)上大規(guī)模制備半導(dǎo)體膜材料的主要方法。CVD法制備石墨烯是通過高溫加熱，使氣體分解成碳原子和氫原子，退火使碳原子沉積在基底表面形成石墨烯，最后用化學(xué)腐蝕法去除金屬基底。2009年Hong等第一次在鎳層上利用CVD法沉積出6～10個(gè)原子層厚度的石墨烯。2013年Bharathi等通過CVD法制備出了直徑約為1cm的大尺寸單晶石墨烯。

　　CVD法被認(rèn)為是最有希望制備出高質(zhì)量、大面積的石墨烯，是生產(chǎn)石墨烯膜最具潛力的產(chǎn)業(yè)化方法。但是，該方法不適合制備大規(guī)模石墨烯宏觀粉體，限制了其應(yīng)用。此外，石墨烯與基底的分離是通過化學(xué)腐蝕金屬的方法，需要消耗大量的酸，會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生巨大的污染，同時(shí)使得成本居高不下。因此，如何從襯底上高效低成本地剝離得到完整的石墨烯是該方法面臨的主要問題。

　　氧化還原法

　　氧化還原法可簡化為“氧化-剝離-還原”3個(gè)步驟，具體為首先利用強(qiáng)氧化劑對石墨進(jìn)行氧化處理，在石墨的表面氧化形成親水性的羥基、環(huán)氧基和羧基等含氧基團(tuán)，此過程會(huì)使石墨的層間距由原來的0.34nm擴(kuò)大到0.8nm，層間距離的擴(kuò)大可以有效消弱層間的范德華吸引力，易于剝離;然后利用超聲的方法剝離氧化石墨，超聲波在氧化石墨懸浮液中疏密相間地輻射，使液體中產(chǎn)生大量的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成、生長，而在正壓區(qū)迅速閉合，在這種被稱之為“空化”效應(yīng)的過程中，氣泡閉合可形成超過1.0×108Pa的瞬間高壓，連續(xù)不斷產(chǎn)生的高壓就像一連串小“爆炸”不斷地沖擊石墨氧化物，使石墨氧化物片迅速剝離得到單層的氧化石墨烯;最后，在高溫或者在還原性溶液中對氧化石墨烯進(jìn)行還原反應(yīng)，還原除去氧化石墨烯表面的羥基、環(huán)氧基和羧基等含氧基團(tuán)，恢復(fù)石墨烯完美的二維sp2雜化結(jié)構(gòu)，得到石墨烯產(chǎn)品。