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【疑难解析】石墨变为石墨烯，是物理变化还是化学变化？

我爱教化学

2023-11-08 20:03:02

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石墨变为石墨烯，是物理变化还是化学变化？今天就和大家聊聊这个话题。

其实，是哪种变化，首先要了解石墨烯的加工过程。相信看完各位就会很清晰了。

目前国际上较普遍的加工方法有以下四种：

一、剥离法

石墨烯其实就是单层石墨薄片。最早由科学家通过物理剥离制得。具体方法如下：

1. 将所要剥离的二维材料块体层状薄片置于透明胶带上；

2. 进行反复黏贴剥离该块体材料，使其变为较薄的层状薄片；

3. 将胶带上层状薄片转移到目标基底（SiO2/Si等）上，静止一段时间后将胶带缓慢剥离，使材料置留在目标基底上。

二、氧化石墨还原法

氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸、高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，制得氧化石墨（Graphite Oxide）。然后再通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石墨烯。石墨烯氧化物中的含氧官能团破坏了石墨烯的共轭π键和结构，使其导电能力大幅度下降，最后要通过还原剂还原得到导电性较好的石墨烯（RGO）。

这种方法操作简单，产量高，但是产品还有不必要的杂质。氧化还原中使用硫酸、硝酸等强酸，存在较大的危险性，又必须使用大量的水进行清洗，带来较大的环境污染。

三、气相沉淀法

化学气相沉淀是将甲烷、乙醇等含碳氢化合物通入到高温加热的金属基底Cu、Li的表面，反应一定的时间以后进行冷却。由于分子要先分成原子再重新结合，就会产生游离态的碳原子，冷却的过程便会在基底表面形成单层或多层的石墨烯。

四、碳化硅外延法

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使SiC中的硅原子脱离，剩下的C原子通过重组形式，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。

通过上述介绍，大家应该明白了吧？石墨变为石墨烯，依据加工方法不同，既有可能是物理变化，也有可能是化学变化。而且从原理上看，这些过程并不复杂，但在实际操作中受到条件的限制，批量生产并不容易！

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