機械剝落法，就是通過對石墨晶體施加機械力(摩擦力、拉力等)將石墨烯或石墨烯納米片層從石墨晶體中分離出來的方法。
基本介紹
- 中文名：機械剝落法
- 外文名：Mechanical peeling method
- 定義：將石墨烯從石墨晶體中分離出來
- 新技術：微機械剝落法
- 過程：對石墨晶體施加機械力
- 特性：尺寸不易控制、低產率
概述,發展,新的機械剝落法的出現,
概述
機械剝落法就是利用機械力將石墨烯片從高度定向熱解石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite，HOPG)表面剝離開來的製備方法。2004年，Novoselov等運用機械剝落法首次製備了石墨烯片，他們將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，通過撕開膠帶將石墨片剝離開，經過反覆操作，得到石墨烯。機械剝落法是製備石墨烯最為直接的方法，獲得的石墨烯尺寸可達100μm且具有較高的質量，但是尺寸不易控制、低產率等缺點使該方法僅適用於基礎研究。
發展
用機械剝落法將普通的石墨片層減至最薄的努力可以追溯到1960年，當時委內瑞拉電鏡學家Humberto Fernandez-Moran試圖尋找一種具有足夠強度的、對電子束透明的並且質地均一的材料作為樣品的支持膜，他成功地從石墨晶體中剝離出了厚度為5 nm(約巧層石墨烯)的石墨片層。但從那以後，機械剝落法減薄石墨片層的研究幾乎停滯了。1990年以後，隨著富勒烯和碳納米管的發現，關於石墨烯的研究再次興起。研究者發現當原子力顯微鏡(AFM)的探頭在高定向熱解石墨(HOPG)的表面摩擦後，可以掀起厚度在4 nm左右的石墨烯納米帶並可以將其在HOPG的表面上折成幾折。但是當時研究者並未將石墨烯納米片層從HOPG的表而上轉移到其它的襯底上。
1999年，Rodney S. Ruoff等將HOPG上刻蝕出的石墨柱在矽襯底上塗抹，得到了厚度小於10 nm的石墨片層。具體的做法是:首先在HOPG的表面上鍍一層
，然後在的表面塗上一層光刻膠，在光刻膠上光刻後用氫氟酸(HF)將不受光刻膠保護的除去，再將剩餘的光刻膠除淨。這樣留下的島狀就會像面具一樣保護HPOG不受氧等離子刻蝕的影響，而未受保護的地方將會受到刻蝕。在除去剩餘的後，最終在HPOG的表面上留下排列規整的石墨柱。值得注意的是，這些石墨柱的高度可以通過調節氧等離子刻蝕的時間來改變。將這些石墨柱在Si襯底的(001)面上摩擦後，會發現石墨柱解離為一系列堆疊在一起的納米片層，在某些地方留下的片層極薄。
新的機械剝落法的出現
回顧石墨烯的研究歷程，我們不難發現機械剝落法在其中起到了至關重要的作用。由於這些方法大多需要涉及精密的操作來施加微小的機械力，研究人員又把它們命名為微機械剝落法。直到現在，利用微機械剝落法獲得的石墨烯的質量仍然是最好的，被廣泛的套用在凝聚態物理等基礎研究中。然而，微機械剝落法無法套用在石墨烯的宏量製備中，從而阻礙了這種方法在石墨烯複合材料特別是石墨烯/陶瓷複合材料方面的套用。為了在提高石墨烯產量的同時最大限度地保留石墨烯優異性能，1種新的機械剝落法逐漸得到人們的重視。這種新的方法主要是以機械磨為剝離的工具來大量製備高質量的石墨烯。
