什么是石墨烯和白石墨烯？

石墨烯：

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。这种独特的结构赋予了石墨烯优异的物理性质，包括电学、力学、热学和光学等特性。具体来说，石墨烯具有极高的电子迁移率、导电性、导热性以及机械强度。单层石墨烯的厚度仅为0.335纳米，是头发直径的二十万分之一，且几乎完全透明，只吸收约2.3%的光。这些特性使得石墨烯在多个领域具有广泛的应用潜力，如射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等。

白石墨烯：

白石墨烯，也被称为六方氮化硼（Hexagonal Boron Nitride，h-BN），是另一种二维材料。其结构与石墨烯相似，由六边形网格组成超薄平面，但其中的原子不是碳原子，而是氮原子和硼原子。白石墨烯同样具有许多优异的性能，如高透明度、高化学稳定性、良好的机械强度以及高热导率等。然而，与石墨烯不同的是，白石墨烯是绝缘体，不具备导电性。这一特性使得白石墨烯在需要绝缘性能的场合具有独特的应用价值。

石墨烯和白石墨烯的区别：

组成元素：石墨烯仅由碳原子组成，而白石墨烯则由氮原子和硼原子组成。

导电性：石墨烯是极佳的导体，而白石墨烯则是绝缘体。

应用领域：由于导电性的差异，石墨烯在电子器件、能源存储等领域具有广泛应用；而白石墨烯则因其绝缘性和其他优异性能，在需要绝缘性能的场合（如半导体器件的保护层）以及高温、高压等极端环境下的应用具有优势。

石墨烯的制备方法：

石墨烯的制备方法多种多样，主要包括以下几种：

化学气相沉积法（CVD）：

原理：在气态条件下，通过化学反应在加热的固态基体表面生成固态物质，从而制备石墨烯。

过程：将碳氢化合物等含碳气体通入以镍或铜为基片的沉积炉中，通过高温使含碳气体分解为碳原子并沉积在基体表面，形成石墨烯薄膜。再通过轻微化学刻蚀等方法将石墨烯薄膜与基体分离。

特点：可制备大面积、高质量的石墨烯，但工艺复杂、成本高，且单晶镍或铜的价格昂贵。

溶剂剥离法：

原理：通过溶剂插入石墨层间并破坏层间的范德华力，实现逐层剥离，从而制备石墨烯。

过程：将少量石墨分散在溶剂中，配制成低浓度分散液，然后使用超声波等方法剥离石墨层。

特点：可制备出优质石墨烯，且过程中不会损坏石墨烯表面，但产率不高，限制了其商业应用。

氧化还原法：

原理：通过氧化石墨再还原的方式制备石墨烯。

过程：首先使天然石墨与强酸及强氧化剂反应生成氧化石墨，然后经超声分散得到氧化石墨烯，再加入还原剂去除氧化石墨烯表面的含氧基团，得到石墨烯。

特点：制备工艺简便，是实验室中常用的方法，但可能引入结构缺陷，影响石墨烯的电学性能。

微机械剥离法：

原理：通过机械力直接剥离石墨层得到石墨烯。

过程：使用胶带等工具从高定向热裂解石墨中反复剥离出单层或多层石墨烯。

特点：可制备出高质量的石墨烯，但产率低、成本高，不适合大规模生产。

白石墨烯（六方氮化硼）的制备方法

白石墨烯（六方氮化硼）的制备方法主要包括以下几种：

机械剥离法：

原理：通过外力破坏相邻hBN层之间的层间相互作用，导致hBN剥落。

过程：类似于微机械剥离法，但针对的是hBN材料。

特点：可制备出高质量的白石墨烯，但同样存在产率低、成本高等问题。

液相剥离法：

原理：在液相环境中，通过超声波、搅拌等方法破坏hBN层间的相互作用力，实现hBN的剥落。

过程：将hBN粉末分散在溶剂中，通过超声波等方法进行剥离。

特点：操作相对简单，可制备出大面积的白石墨烯片层，但产率和纯度可能受到溶剂选择、超声条件等因素的影响。

化学气相沉积法（CVD）：

原理与石墨烯的CVD法类似，但反应物和条件有所不同。

过程：在特定条件下，通过气态前驱体在基体表面发生化学反应生成hBN薄膜。

特点：可制备出高质量、大面积的白石墨烯薄膜，但工艺复杂、设备要求高。

石墨烯应用场景：

电子器件：如纳机电系统、场效应晶体管、存储设备、调制器、激光器等，利用其高导电性和高迁移率特性。

航空航天：作为热管理材料，解决高速飞行器、微电子器件等领域的散热问题。

电磁屏蔽：由于其独特的电磁性能和力学性能，成为新一代高屏蔽效能、宽频的轻质电磁屏蔽材料。

柔性电子：用于触摸屏、柔性显示屏等，利用其高透光率和柔韧性。

传感器：应用于生物传感器、DNA传感器、化学传感器、气体传感器等，利用其大比表面积和优异的导电性。

储能材料：如超级电容器，利用其高比表面积和良好导电性。

生物医药：用于基因递送、生物替代品开发等，利用其卓越的力学性能和生物相容性。

白石墨烯应用场景：

半导体领域：作为固相掺杂源，用于半导体材料的制备和改性。

核能和航天：由于其耐高温、耐辐射等性能，可用于原子堆结构材料、火箭发动机组成材料等。

润滑和脱模：作为高温润滑剂和脱模剂，在金属加工和模具制造中发挥作用。

化妆品：利用其高透明度和化学惰性，可用于某些高端化妆品的配方中。

陶瓷材料：掺入纳米级白石墨烯可以显著提高陶瓷材料的强度、韧性和耐热性。

综上所述，石墨烯和白石墨烯在结构、组成、特性和应用场景上各有特色，分别在现代科技的多个领域发挥着重要作用。