石墨烯:是一种二维纳米碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯的统称。石墨烯具有完美的二维晶体结构。它的晶格是六个碳原子围成的六边形，厚度是一个原子层。碳原子通过S键连接，成键方式为sp2杂化。这些S键赋予石墨烯优异的机械性能和结构刚性。
1.石墨烯的基本特性和制备方法。
石墨烯:是一种二维纳米碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯的统称。石墨烯具有完美的二维晶体结构。它的晶格是六个碳原子围成的六边形，厚度是一个原子层。碳原子通过S键连接，成键方式为sp2杂化。这些S键赋予石墨烯优异的机械性能和结构刚性。
石墨烯是世界上已知的最薄、最硬的纳米材料。它几乎完全透明，只吸收2.3%的光。导热系数高达5300 w/m & middot；k高于碳纳米管和金刚石，室温下电子迁移率超过15000 cm2/V & middot；s，高于碳纳米管或硅晶体，电阻率仅为约1ω；& middotm低于铜或银，是世界上电阻率最低的材料。由于其极低的电阻率和极快的电子迁移，有望用于开发更薄、更快导电的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯本质上是一种透明的良导体，因此它也适用于制造透明触摸屏、光板甚至太阳能电池。
图1石墨烯结构示意图石墨烯的主要制备方法
图2石墨烯制备方法的优缺点对比制备石墨烯的常用方法有液相剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法(CVD)。液相剥离法是一种主要依靠溶液中的机械力克服石墨层间的范德华力，将块状石墨剥离成单层或几层石墨烯的方法。目前最常用的剥离设备是超声波发生器，存在放大困难、效率低、石墨烯层厚等问题。
氧化还原法是将石墨氧化，增加石墨层间的间距，用物理方法分离，最后用化学方法还原得到石墨烯的方法。这种方法操作简单，收率高，但产品质量稍差。通常的剥离设备是超声波发生器，氧化还原设备是反应釜，导致放大困难，氧化还原效率低的问题。
SiC外延法是在超高真度空的高温环境下，将硅原子升华出材料，通过自组装的方式重构剩余的C原子，从而获得基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但这种方法对设备要求较高。
目前，CVD是最有可能工业化制备高质量大面积石墨烯的方法。该方法制备的石墨烯具有大面积、高质量的特点，但现阶段成本较高，工艺条件有待进一步改善。在这些方法中，液相剥离法和氧化还原法是最有可能的低成本制备方法。
2.超重力氧化还原法制备石墨烯。
2.1超重力技术介绍:
超重力技术是利用旋转填充床(RPB)产生的远大于地球重力的超重力环境，强化物质的传递、混合、传热和化学反应的技术。
自20世纪问世以来，它受到了国内外的广泛关注。由于超重力技术具有广泛的适用性，以及传统设备所不具备的体积小、重量轻、能耗低、易操作、易维护、安全可靠、灵活多变、对环境适应性强等优点，被广泛应用于化工、环保、材料等工业领域。
超重力工程技术的特点:微混合；具有良好的传质强化特性；能产生均匀和梯度的剪切作用；放大效果不明显等。
图3超重力法3年万吨纳米碳酸钙生产线。2.2超重力氧化还原法制备石墨烯:
超重力氧化还原法制备石墨烯的研究背景图5超重力氧化还原法制备石墨烯的基本过程2.3重力氧化石墨剥离技术
(1)剥离时间对氧化石墨烯性能的影响:
图6不同剥离时间制备的氧化石墨烯对MB染料的吸附曲线图7在不同剥离时间制备的氧化石墨烯的TEM照片(2)氧化石墨溶液浓度对氧化石墨烯性能的影响。
图8不同浓度氧化石墨溶液制备的氧化石墨烯对MB染料的吸附曲线 图9 不同溶液不同氧化石墨溶液浓度制备的氧化石墨烯层数示意图图9不同溶液和不同浓度的氧化石墨溶液制备的氧化石墨烯层示意图
图9显示G峰的波数越高，层数越少，G & rsquo峰值波数越低，层数越少。D峰和G峰的强度比越大，缺陷程度越高。
(3)旋转床法和超声波法制备氧化石墨烯的性能比较。
图10 石墨烯循环伏安曲线图(a)经旋转床剥离后制备石墨烯CV曲线;(b)经超声剥离后制备石墨烯CV曲线;(c)两种方法制备石墨烯在10mV/s下CV曲线图10石墨烯循环伏安图(a)在旋转床中剥离后制备的石墨烯CV曲线；(b)超声剥离后制备石墨烯CV曲线；(c)用两种方法制备10mV/s下石墨烯CV曲线。
结果表明，旋转床法制备的石墨烯比电容为225F/g，而超声波法制备的石墨烯比电容为175 f/g。
图11 两种方法制备的石墨烯交流阻抗值比较图11两种方法制备的石墨烯的交流阻抗值比较
旋转床制备的石墨烯交流阻抗值约为7.5，超声波反应釜制备的石墨烯交流阻抗值约为14，阻抗值较小，电导率较高。四探针法测得石墨烯的平均电导率，RPB剥离为312.8 S/m，超声波反应釜为278.1 S/m。
2.4超重力降低技术
(1)温度对超重力还原制备石墨烯的影响。
图12不同还原温度下制备的石墨烯的CV曲线图13不同还原温度下制备的石墨烯的EIS曲线(2)不同还原剂对石墨烯性质的影响。
不同还原剂制备的石墨烯的透射电镜照片不同还原剂制备的石墨烯红外光谱图图14不同还原剂对石墨烯性质的影响。
从图14可以看出，VC(抗坏血酸)和水合肼的还原效果较好，水合肼还原程度较高，含氧基团的特征峰强度较低。
(3)超重力法和常规法还原氧化石墨烯效果的比较。
图15超重力法和常规法制备石墨烯的XPS结果对比总结:
3.超重力液相剥离法制备石墨烯。图16超重力液相剥离法制备石墨烯的设备图17超重力液相剥离法制备石墨的结果横向尺寸150nm，厚度3-9层，浓度:0.3mg/ml；收益率:3%；溶剂是水。
4.摘要
(1)超重力氧化还原法制备石墨烯具有产品质量高、生产效率高、易于产业化的特点。
(2)超重力直接反萃法具有成本低、产品质量好、易于工业化的特点。
(3)该技术还有望用于其他层状材料的剥离和深加工，如高岭土、蒙脱石、云母等。欢迎合作开发。
