石(shi)墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道(dao)組(zu)成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納(na)米材料。欣諭冷(leng)凍(dong)干燥water-systems.cn
石(shi)墨烯具(ju)(ju)有(you)優(you)異的光學、電(dian)學、力(li)學特性，在材料學、微納(na)加(jia)工、能(neng)源(yuan)、生物(wu)(wu)醫學和藥物(wu)(wu)傳遞等方面具(ju)(ju)有(you)重要(yao)的應用(yong)前(qian)景，被認為是一種未(wei)來革命性的材料。 英G曼徹斯特大學物理學(xue)家(jia)安德烈·蓋姆和(he)康斯(si)坦丁(ding)·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石(shi)墨中分離出石(shi)墨烯，因此(ci)共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石(shi)墨烯常見的粉體(ti)生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法化學氣相沉(chen)積法（CVD）、XY冷凍(dong)干燥法(fa)（欣諭(yu)FD工藝）。
氧化石(shi)墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色，市面上常見的產品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。因經氧化后，其上含氧官能團增多而是性質較石墨烯更加活潑，可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質。
內部結構
石墨(mo)烯內部碳原子的排列方式與石墨(mo)單原子層一樣以sp2雜化(hua)軌道
石(shi)墨烯結構(gou)圖
成鍵，并有如下的特點(dian)：碳原(yuan)子有4個價電子，其中3個電子生成sp2鍵，即(ji)每個(ge)碳原(yuan)子都(dou)貢獻一個(ge)位于(yu)pz軌道上的(de)未成鍵電子，近鄰(lin)原子的(de)pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環的蜂窩式層狀結構外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道(dao)可以形成貫(guan)穿(chuan)全層的多(duo)原子(zi)的大π鍵（與苯環類似），因而具有優良的導電和光學性能。凍干機工藝-目前石墨烯干燥方法
單(dan)層石墨烯(xi)結(jie)構圖
力(li)學特性
石墨(mo)烯是(shi)已知強度(du)Z高(gao)的材料(liao)之一，同時(shi)還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨(mo)烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度，平均模量可大0.25TPa。 由石(shi)(shi)墨(mo)烯薄片組(zu)成的(de)石(shi)(shi)墨(mo)紙擁有很多的(de)孔，因而石(shi)(shi)墨(mo)紙顯得很脆，然而，經氧化得到功能化石(shi)(shi)墨(mo)烯，再由功能化石(shi)(shi)墨(mo)烯做成石(shi)(shi)墨(mo)紙則會異常(chang)堅固強(qiang)韌。
電子(zi)效應
石墨烯在室溫下的(de)載流(liu)子遷移率約(yue)為15000cm2/（V·s），這一數值超過
石墨烯構(gou)成富勒烯、碳(tan)納米管和石墨示意圖
了硅材(cai)料(liao)的10倍，是目前已知載流子遷移率Z高的物質銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達250000cm2/（V·s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm2/（V·s）左右。目(mu)前(qian)石(shi)墨烯干燥方法-欣諭FD凍(dong)干工(gong)藝
另外，石(shi)(shi)墨烯(xi)中(zhong)電(dian)子載體(ti)和(he)空穴載流子的(de)(de)半整數量子霍爾(er)效應可以通過電(dian)場(chang)作用改變化學(xue)勢而被觀察到，而科學(xue)家(jia)在室(shi)溫條件下就觀察到了石(shi)(shi)墨烯(xi)的(de)(de)這種量子霍(huo)爾效應。 石墨(mo)烯中的(de)(de)(de)載流(liu)子(zi)遵(zun)循一(yi)種特(te)殊的(de)(de)(de)量子(zi)隧(sui)道效應，在碰到雜質時不會產生背散射，這是石墨(mo)烯局域超強導電性以及很高的(de)(de)(de)載流(liu)子(zi)遷移率的(de)(de)(de)原因。石墨(mo)烯中的(de)(de)(de)電子(zi)和光子(zi)均(jun)沒(mei)(mei)有靜止(zhi)質量，他們的(de)(de)(de)速(su)度是和動能沒(mei)(mei)有關(guan)系(xi)的(de)(de)(de)常數。
石墨烯是一種零距(ju)離半導體(ti)，因為(wei)它(ta)的傳導和價(jia)帶(dai)在狄(di)拉(la)克(ke)點(dian)相(xiang)遇。在狄(di)拉(la)克(ke)點(dian)的六個(ge)位置動(dong)量空間(jian)的邊(bian)緣布里淵區分為(wei)兩組等效的三份(fen)。相(xiang)比之下，傳統(tong)半導體(ti)的主要(yao)點(dian)通常(chang)為(wei)Γ，動量為零。欣諭官網www.xinyu17.com
熱(re)性能(neng)
石墨烯具有非常好(hao)的(de)(de)熱(re)傳導性能。純(chun)的(de)(de)無缺陷的(de)(de)單(dan)層石墨烯的(de)(de)導熱(re)系數高達5300W/mK，是目前為止導熱系數Z高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/mK）和多壁碳納米管（3000W/mK）。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/mK。 此(ci)外，石墨烯的彈道熱導率可以使單(dan)位(wei)圓周和長度的碳(tan)納米管的彈道熱導率的下(xia)(xia)限(xian)下(xia)(xia)移。 導熱系數(shu)實驗值
電(dian)阻系數和(he)溫度系數
制(zhi)備方法
機(ji)械剝離法
機械剝(bo)離(li)法是利用物體(ti)與石(shi)墨(mo)烯之(zhi)間(jian)的(de)摩擦(ca)和相對運動，得到石(shi)墨(mo)烯薄層材料的(de)方(fang)法。這(zhe)種(zhong)方(fang)法操作簡單，得到的(de)石(shi)墨(mo)烯通常保(bao)持(chi)著完整(zheng)的(de)晶體(ti)結構(gou)。2004年，英G兩位科學使用透明膠帶對天然石墨進行層層剝離取得石墨烯的方法，也歸為機械剝離法，這種方法一度被認為生產效率低，無法工業化量產。 雖然這種(zhong)方(fang)法可(ke)以(yi)制(zhi)備微米大小的石墨烯，但是其可(ke)控性較(jiao)低，難以(yi)實現大規模(mo)合(he)成。 凍干機工藝-目前石墨烯干燥方法
氧化還原(yuan)法(fa)water-systems.cn
氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原法是通過使用硫酸、硝酸等化(hua)(hua)學試(shi)劑及高錳酸鉀、雙氧(yang)水等氧(yang)化(hua)(hua)劑將天然石墨氧(yang)化(hua)(hua)，增大石墨層之間(jian)的間(jian)距，在石墨層與層之間(jian)插入氧(yang)化(hua)(hua)物，制得氧(yang)化(hua)(hua)石墨（Graphite Oxide）。但由于在對(dui)氧(yang)化(hua)石墨烯(xi)(xi)進(jin)行還(huan)(huan)原(yuan)時，較難控(kong)制還(huan)(huan)原(yuan)后石墨烯(xi)(xi)的(de)氧(yang)含量，同(tong)時氧(yang)化(hua)石墨烯(xi)(xi)在陽光照射(she)、運輸時車(che)廂內高溫等外(wai)界每(mei)件影響下會不斷的(de)還(huan)(huan)原(yuan)，因此氧(yang)化(hua)還(huan)(huan)原(yuan)法生(sheng)產的(de)石墨烯(xi)(xi)逐批產品的(de)品質往往不一(yi)致，難以控(kong)制品質。目前石墨烯干燥方(fang)法(fa)-欣諭FD凍(dong)干(gan)工(gong)藝
化學氣(qi)相(xiang)沉積法
化學氣(qi)相沉積法即（CVD）是使用含碳有機氣體為原料進行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產石墨烯薄膜Z有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質量高的特點，但現階段成本較高，工藝條件還需進一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面積的石墨烯薄膜無法單D使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價值，例如觸摸屏、加熱器件等。
低壓氣(qi)相(xiang)沉積法是部(bu)分學者使用(yong)的，其將單層石墨(mo)烯在Ir表面上生成，通過進一步研究可知，這種石墨烯結構可以跨越金屬臺階，連續性的和微米尺度的單層碳結構逐漸在Ir表面上形成。 毫米量(liang)級的(de)(de)(de)單晶(jing)石(shi)墨烯是利(li)用(yong)表面偏析的(de)(de)(de)方法得到的(de)(de)(de)。厘米量(liang)級的(de)(de)(de)石(shi)墨烯和在(zai)多(duo)晶(jing)Ni薄膜上外延生長石墨烯是由部分學者發現的，在1000℃下加熱300納米厚的Ni 膜表面，同時在CH4氣氛(fen)中(zhong)進行暴露，經過一段時間的(de)(de)反(fan)應后，大面(mian)積(ji)的(de)(de)少數(shu)層(ceng)石墨烯薄膜會在金屬表(biao)面(mian)形(xing)成。
XY冷凍(dong)干燥法（欣諭(yu)FD工藝）
XY冷(leng)凍(dong)干燥法（欣(xin)諭(yu)FD工藝），RO分級處理系統 欣諭FD真(zhen)空冷凍干燥技(ji)術(shu)是(shi)將濕物料或溶液在(zai)(zai)較低(di)的(de)溫(wen)度(du)下凍結成固態，然(ran)后在(zai)(zai)真空下使其中的(de)水分不經(jing)液態直(zhi)接升華(hua)成氣態，Z終使物料脫(tuo)水的(de)干(gan)燥技(ji)術(shu)。
由(you)于氧(yang)化石(shi)(shi)墨(mo)的熱穩定性(xing)差，往往在烘干過(guo)程(cheng)中(zhong)就(jiu)會出現熱解變黑的現象，并且受熱烘干后的氧(yang)化石(shi)(shi)墨(mo)易團聚(ju)成硬(ying)塊，不利(li)于后續在溶劑中(zhong)的分(fen)散(san)。因此，實驗過(guo)程(cheng)中(zhong)為了獲得易分(fen)散(san)的氧(yang)化石(shi)(shi)墨(mo)粉體材(cai)料(liao)，往往采用(yong)欣諭FD冷凍干燥來處(chu)理、離(li)心洗滌后的GO漿料(liao)，有(you)時候也用(yong)該技術處理化學還原后的三維石墨烯水凝(ning)膠(jiao)。
欣諭FD之(zhi)前，往往需要先將漿料樣(yang)(yang)(yang)品進(jin)行低溫(wen)冷凍，然后再進(jin)行真空干(gan)燥(zao)。這里要提的冰模板就是指冷凍處(chu)理(li)中，樣(yang)(yang)(yang)品結冰形(xing)態對(dui)Z終樣(yang)(yang)(yang)品形(xing)貌(mao)的影響。大(da)家在實驗中可能注意(yi)到，同(tong)樣(yang)(yang)(yang)的樣(yang)(yang)(yang)品在不(bu)同(tong)批(pi)次(ci)的冷凍干(gan)燥(zao)處(chu)理(li)時(shi)，SEM下觀察(cha)到的(de)樣品(pin)(pin)形貌(mao)差別很(hen)大(da)。這(zhe)就可能是(shi)由冰(bing)(bing)模板所導(dao)致的(de)，兩次樣品(pin)(pin)的(de)冰(bing)(bing)晶(jing)形態不(bu)同。通(tong)常而言，降(jiang)溫(wen)速(su)(su)度越快(kuai)，冰(bing)(bing)晶(jing)核(he)形成(cheng)(cheng)越多，快(kuai)速(su)(su)生長(chang)Z后(hou)凝結成(cheng)(cheng)塊(kuai)，如此(ci)處理獲得的(de)樣品(pin)(pin)孔(kong)隙相(xiang)對(dui)較小比(bi)(bi)較均(jun)勻；而如果是(shi)緩慢降(jiang)溫(wen)，靠近低溫(wen)側的(de)冰(bing)(bing)晶(jing)核(he)形成(cheng)(cheng)后(hou)逐(zhu)漸向其他(ta)區域(yu)衍生，往(wang)往(wang)冰(bing)(bing)晶(jing)會比(bi)(bi)較大(da)，Z后(hou)所獲得的(de)石墨烯往(wang)往(wang)會有(you)明顯的(de)大(da)孔(kong)結構(gou)。目前石墨烯干(gan)燥方法-欣諭FD凍干(gan)工藝(yi) water-systems.cn
實(shi)驗(yan)過程(cheng)中，尤(you)其(qi)是(shi)在制(zhi)備氣(qi)凝膠方面，把握好冰(bing)模板的過程(cheng)，對于實(shi)驗(yan)的成功能(neng)起到很大的幫助(zhu)。氧化石墨烯片(pian)并不是我們想象的那(nei)樣剛(gang)性，它(ta)很(hen)容(rong)易受外(wai)力(li)變形。這里的(de)外(wai)力(li)是什么？除(chu)了自組裝過程中的(de)收縮還有就(jiu)是冰(bing)凍干燥了。
之前，在做石墨烯氣凝膠(jiao)的時候就(jiu)嘗(chang)試過不同冷凍干燥(zao)條件下，形貌會有差(cha)別，比如(ru)(ru)在液氮下干燥后孔隙更均勻致密，而(er)如(ru)(ru)果(guo)是在-40℃冰箱里干燥的話，可能就會出現部分石墨烯被壓縮成鱗片狀，孔徑變大的現象。這跟石墨烯水凝膠當中的結構絕對不一致，經歷了額外的再組裝。于是我就調研冰模板方面的工作，還真發現在上世紀有人對冰模板就進行過研究，冰模板可以將納米材料組裝出多層次微觀結構。所以我們設計了2個結冰速率很大的實驗，液氮速凍和-10℃冰箱緩凍。應該說，差別確實是比較明顯的，石墨烯水凝膠速凍情況下彈性很差，但是機械強度大；而如果采用緩凍的方法，可以產生上百微米級別的大孔結構，并且氣凝膠是彈性的導電材料。這是因為冰晶的大小和結冰速率有著直接的關聯。所以綜合考慮欣(xin)諭FD干(gan)燥(zao)之前的預凍Z好速凍、速凍方法可以選擇(ze)液氮或則欣(xin)諭(yu)速凍箱，物料預凍(dong)結(jie)晶后再放到(dao)欣諭石墨烯(xi)專(zhuan)用凍(dong)干機的(de)干燥倉內開(kai)始凍(dong)干，請選擇欣諭定(ding)制的(de)石墨烯(xi)凍(dong)干工藝啟動，專(zhuan)用的(de)凍(dong)干工藝是針對石墨烯(xi)的(de)干燥溫度均(jun)勻性的(de)一種程序控溫工藝。
Z后(hou)等整個(ge)欣(xin)諭凍干工(gong)藝(yi)完(wan)成周(zhou)期后(hou)，就可以取出石墨(mo)烯(xi)了，針刺的石墨(mo)烯(xi)分(fen)離制(zhi)備完(wan)成。目前石(shi)墨烯(xi)干燥方法-欣諭(yu)FD凍干(gan)工藝 water-systems.cn
