石墨烯粉體未解之謎——單層多層篇

這是一個無法迴避的問題,這是一個普通人就能讓石墨烯專家「閉口不談」「閃爍其詞」的問題,這是一個讓國家標準建立頻頻遇到阻礙的問題。究竟是什麼原因呢,今天我將帶大家走進這個話題,希望引起大家的共鳴和思考。

首先我要明確一下幾點:

1. 這裡討論的石墨烯是指粉體,粉體自然乾燥狀態,沒有附著在基材上,不是CVD法製備的膜。

2. 這裡只是用SEM觀看石墨烯粉體的形貌,不涉及其他表徵方法。

3. 這裡對單層、多層無褒貶之意,大家各有不同用處,不想引起門派之爭。但是,大家可以知道為什麼有「單層,多層」,「百分之多少是單層」這種說法了。

4. 為了說明方便,這裡採用了「單層石墨烯」,「多層石墨烯」這種不太規範的說法,大家明白意思即可。

下面就是四組石墨烯的對比。每組石墨烯兩張圖。

圖1. 這是單層石墨烯狀態,圖片區域內都是單層的石墨烯,薄紗裝。石墨烯微片沒有規則的形狀。下圖是上圖的放大,這是一片形狀相對比較規矩的石墨烯。

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圖2. 這個也是石墨烯,相比圖1來說,微片層次較多,顯得很亂。但是微片之間並沒有粘在一起。而且可以看出來石墨烯微片「橫豎」排列都有。

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圖3. 這個是團聚了的石墨烯,相比圖2來說,可以看到大量的微片都粘在了一起,形成了類似石墨的結構。下圖是上圖的放大,可以看到還是有少量單層結構。這就是為什麼有的石墨烯產品說百分之多少是單層,多層了(配合TEM或者AFM)。國內能做到這個水平的都已經很少了。

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圖4. 左圖很有意思,裡面大大小小很多,有的是單層的,有的是多層的,甚至都是塊狀的了。是在剝離過程中形成的。下圖是放大圖,細節看的更清楚。這種石墨烯做防腐特別好。但是會讓塗料力學強度降低。

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結論:採用SEM這種測試方法,可以看出來石墨烯微觀狀態的不同。而微觀狀態的差異決定了石墨烯的應用範圍。


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