石墨烯是一种基于二维分析晶体的二维碳纳米复合材料，由碳原子和sp2 杂化轨道体系组成。因具有优良的光学、电学和机械性能，石墨烯被广泛应用于材料科学、能源、生物医学和药物传递等众多领域，石墨烯被众多科学家认为是具有光明前景的革命性材料。下面就跟石墨烯制备设备一起来了解下石墨烯材料制备技术与创新及发展趋势。

石墨烯材料自首次成功制备以来，一直受到科技界的广泛关注。近年来，随着对石墨烯材料制备和应用研究的不断深入，石墨烯在光催化复合材料、电子器件、超级电容器和透明电极等领域得到了广泛应用，具有良好的发展前景。随着对石墨烯制备机理研究的不断深入，改进石墨烯制备路线的新方法和新技术不断涌现。

1. 石墨烯制备设备浅谈石墨烯制备方法与技术创新

石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法和电化学剥离法。

1.1 石墨烯制备设备浅谈机械剥离法

该方法制备的石墨烯晶体分子结构完整且操作简单，成本较低，不足之处是效率低，层数与尺寸精准控制性差，难以大规模生产，目前主要用于实验室中制备少量石墨烯。机械剥离法是在机械方法的基础上，对石墨烯施加外力进行剥离的一种方法。目前，技术创新主要是通过对胶带粘贴法和球磨机械法的改进。

(1) 胶带粘贴法创新

该方法可用于制备单层石墨烯；Chen 等采用三辊式机器连续剥离工艺，制备了单层/ 双层石墨烯，大大提高了制备效率；段淼、唐多昌等利用SPI 公司生产的高定向热裂解石墨，通过3M胶带反复对折粘贴，重复3 ～ 10 次至胶带上出现颜色如墨水斑点的石墨薄片，将胶带上的石墨转移至硅片上，获得几层甚至单层石墨烯。结果表明，相比较于双层石墨烯单层石墨烯的表面起皱程度明显，且表面起皱程度随石墨烯层数的增加而变小，可见石墨烯表面的褶皱是二维石墨烯存在的必要条件。

(2) 球磨机械法的改进

球磨机械法制备的石墨烯具有横向尺寸小、厚度大的缺点。使用球磨机械法后，采用超声辅助剥离法制备了石墨烯基MoS2 材料，不仅减小了材料的厚度，而且拓展了其他薄膜材料的制备工艺

1.2 石墨烯制备设备浅谈液相剥离法

液相剥离法是将石墨置于水或有机溶剂中形成浓度较低的分散体，加热破坏石墨层间的范德华力，使溶液分子得以进入，可制取到石墨烯溶液。研究表明该方法是不会对石墨烯结构造成任何的破坏。液相剥离法的技术创新主要体现在溶剂种类和剥离机械两个方面。

(1) 溶剂种类的创新

研究结果表明，当靠近溶剂时，有利于缩短超声处理时间，避免石墨烯片层的破损；

(2) 剥离机械的创新。

在流体力学研究的基础上，开发了几种新型的剥离设备，有效地提高了液相剥离法的产率。

1.3 石墨烯制备设备浅谈化学气相沉积法(CVD)

化学气相沉积(CVD) 以与石墨烯晶格匹配的Ru(0001)、Ni(111)、Cu 等金属单晶作为衬底，C2H4、C6H6 等含碳化合物的高真空热解，通过调整制备工艺参数，使石墨烯均匀地覆盖在金属基底上，制备出面积大、质量均匀的单层或多层石墨烯材料。

(1) 基底材料的创新。

传统的方法是以Pt、Pd、Co 等单晶稀有金属材料为衬底，其缺点是成本高、厚度大。

(2)CVD 多步修复法的创新。

在石墨烯的多步制备方法中，CVD 法也可以作为石墨烯前驱体的修复方法，降低了CVD 法的苛刻条件。

1.4 石墨烯制备设备浅谈氧化还原法

氧化还原法被认为是工业化生产石墨烯的关键制备方法，但与其他制备方法相比，其石墨烯产物具有较低的电子迁移率和较高的缺陷度。所以该方法可从氧化还原两方面进行改进和创新。

(1) 氧化过程的创新。

该制备方法是诸多深度氧化法中制备效率最高、环境负担相对较小的一种氧化方法，但产生的氮氧化物与废液对环境存在二次污染。

(2) 还原过程的创新。

从整个制备路线来看，多步还原法有利于减少苛刻的反应条件和氧化石墨烯的缺陷。

1.5 石墨烯制备设备浅谈电化学剥离法

采用电化学剥离法直接制备出具有功能化的石墨烯材料单层。在此过程中，离子溶液类型、浓度等因素会对石墨烯性能产生影响。该方法的不足之处在于仅用于制备多层石墨烯。电化学剥离法的技术创新主要体现在电解质的改进和电化学剥离条件的改进。

(1) 电解质的改进

对于阳极剥离法的改进，研究人员通过合理制备阴阳离子体系和引入表面活性剂来改善石墨烯的质量、加工性能和环境问题。

(2) 电化学剥离条件的改进

准确控制电化学剥离条件有利于提高石墨烯的导电性，并能实现一步法制备。

2. 石墨烯制备设备浅谈石墨烯材料发展趋势

石墨烯以其优异的力学、电学和热学性能而被广泛认可。在此基础上，目前已经开发了服装、环境、冶金、工业、医疗等民用产品，例如石墨烯电池、石墨烯智能口罩、屏幕可折叠手机、电动汽车等。

目前，石墨烯产业正处于从“商业准备期”向“工业应用期”的过渡阶段，石墨烯产业的发展环境不断取得突破。民用产品领域，石墨烯材料是普通民用产品中的“魔油”，在高端产品领域愈发具有“杀手锏”功能，弥补了现有普通材料无法实现的产品功能，石墨烯逐步成为战略性新兴材料，石墨烯产业具有广阔的发展前景。

未来石墨烯产业技术创新，主要表现为基于石墨烯本身的优良特性进行产业技术创新和基于跨领域跨国合作的产业技术创新。诸如可穿戴领域应用石墨烯的热性能开发出智能热贴、智能护颈、储热服新型产品。应用石墨烯的良好机械性能将石墨烯添加在橡胶轮胎中提高耐磨性和抗老化性能。石墨烯的优异性能可以与多种新兴技术相结合，促进复合材料和加工技术的发展，提高产品的创新性和实用性。在多层加工技术的基础上石墨烯及其复合产品将发挥不同的功能，促进图形产业的发展和完善。基于石墨烯的战略性价值，发展石墨烯符合我国从制造大国向制造强国转变实现中国创造的需求，提高在高新技术创新领域的国际影响力和竞争力。

3.结语

(1) 工业上制备石墨烯的主要方法为氧化还原法和化学气相沉积法，实验室、科研工作等小范围主要运用机械剥离法、液相剥离法、电化学剥离法制备石墨烯材料。上述方法都存在一定的缺陷，通过技术上的创新能够提高制备石墨烯材料的质量和产量。随着科技的进步，石墨烯的制备逐渐摆脱了产量低、成本高、产品尺寸和质量难以控制的瓶颈，使石墨烯产品的规模化、商品化成为现实。

(2) 石墨烯制备设备觉得，石墨烯本身的天然特性使其在不同的领域都有所应用，石墨烯基复合材料是未来石墨烯产业发展的重要研究方向，在生物功能材料、电子液晶器件、储能、传感材料和催化剂载体等领域性能优异，应用前景广阔。基于我国石墨资源储量丰富，发展石墨烯产业具有独特的优势。石墨烯优异的性能得到了广泛的认可，未来将在众多领域取得建树，开展石墨烯材料技术研究与创新具有重要的科学价值和广阔的应用前景。