石墨烯的應(yīng)用

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系本科生課程設(shè)計(jì)題目：石墨烯的應(yīng)用構(gòu)想專業(yè)：材料化學(xué)班級(jí)：1007301學(xué)號(hào)：1100700209姓名：饒倩藍(lán)指導(dǎo)老師：吳曉宏哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系摘要石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在材料科學(xué)、電子科學(xué)、生物醫(yī)藥、催化劑載體等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景,受到了廣泛的關(guān)注。本文從石墨烯在太陽能電池，手機(jī)計(jì)算機(jī)以及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用構(gòu)想和現(xiàn)世最新研究情況剖析石墨烯應(yīng)用，更廣面的更貼近生活的讓大家接觸到這種新世紀(jì)材料。關(guān)鍵詞：石墨烯太陽能電池碳手機(jī)物聯(lián)網(wǎng)研究進(jìn)展AbstractGraphenehasauniquetwo-dimensionalstruc

2、tureandexcellentphysicalandchemicalpropertieswithgreatprospectinthefieldofmaterialsscience,e-science,bio-medicineandcatalystsupport,whichhasbeenwidespreadconcern.Thewidersurfaceissoclosetolifethatwecomeintocontactwiththismaterialinthenewcenturyfromnetworkedapplicationsofgrapheneinsolarbatteri

3、es,cellphones,computersandpropertyideasandsecularlatestresearchinanalysisofgraphene.Keywords:Thegrapheme;solarbattery;carbonphone;InternetofThingsprogress哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系1.太陽能電池1.1應(yīng)用構(gòu)想目前大多數(shù)太陽能電池由硅制成，由于硅需要高度純化后再制成晶體并切成薄片，導(dǎo)致價(jià)格一直比較昂貴。許多研究人員都在探討硅的替代品，如納米結(jié)構(gòu)或者混合太陽能電池，而銦錫氧化物（ITO）是這些新型太陽能電池使用的一種透明電極。目前，

4、ITO是透明電極材料的首選，如在觸摸屏幕智能手機(jī)上使用。但是該化合物中銦的價(jià)格高昂，而石墨烯則由無處不在、價(jià)格低廉的碳所組成。石墨烯可能是替代ITO的新材料。它有諸如柔韌性佳、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。1.2.研究現(xiàn)狀幾個(gè)月前，麻省理工工一個(gè)團(tuán)隊(duì)研制出一種在柔性石墨烯片上涂覆納米線的新方法。這種方法可以生產(chǎn)出透明以及柔韌性佳的太陽能電池，能夠在窗戶、屋頂以及其他物體的表面使用。由于石墨的穩(wěn)定性和惰性結(jié)構(gòu)，要直接在純凈石墨烯的表面構(gòu)建半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)而又不影響其電性能和結(jié)構(gòu)，具有較高的挑戰(zhàn)性。麻省理工的一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用了一系列聚合物涂層來改變石墨烯的屬性，使其能夠粘合氧化鋅納

5、米線層，然后再覆蓋上響應(yīng)光波的硫化物量子點(diǎn)或者一種被稱為P3HT的材料聚合物。盡管進(jìn)行了修改，但是石墨烯的先天屬性仍然保持不變，是一種有著顯著優(yōu)勢(shì)的復(fù)合材料。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證實(shí)，電極分別基于石墨烯與ITO的設(shè)備在效率方面具有可比性。在覆蓋硫化物量子點(diǎn)的情況下，不同于其他溫度一直持續(xù)升高的半導(dǎo)體，涂層氧化鋅納米線的石墨電極完全可以將溫度控制在175攝氏度以下。圖1.石墨烯太陽能電池的結(jié)構(gòu)，電流密度~電壓圖，以及AFM圖圖1中修改的石墨烯表面導(dǎo)電聚合物夾層中表現(xiàn)出的高度統(tǒng)一和對(duì)齊石墨烯的氧化鋅納米線陣列的生長(zhǎng)，展示出AM1.5G的功率轉(zhuǎn)換效率為4.2％和0.5％，分別使用兩種不同的光敏材

6、料，硫化鉛量子點(diǎn)和共軛聚合物P3HT，基于陰極的石墨烯的混合太陽能電池，接近相似的硬件架構(gòu)的基于ITO的設(shè)備的性能。這種方法保留有益的特性的石墨烯，并表明，它可以作為一個(gè)可行的替代各種光電器【1】件的配置中，可替代ITO。哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系但目前石墨烯的在太陽能電池中的研究仍處于初級(jí)階段，石墨烯的制備仍處[2]在工藝復(fù)雜，成本高的研究階段，而且現(xiàn)在制備的石墨烯薄膜仍存在較多缺陷，材料性能遠(yuǎn)低于理論值。2.碳手機(jī)2.1應(yīng)用構(gòu)想石墨烯材料強(qiáng)度極高，且?guī)缀跬耆该?，只吸?.3%的光；常溫下電子-6遷移率超過15000cm2/V?s，高于碳納米管和硅晶體，而電阻率只約10Ω?c

7、m，比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。這就證明它有潛力還將帶動(dòng)集成電路、觸摸屏、CPU元器件等產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有手機(jī)而言，石墨烯可以取代觸控顯示面板中常用的ITO(氧化銦錫)透明導(dǎo)電薄膜，改進(jìn)性能、降低成本。對(duì)于未來手機(jī)而言，石墨烯可用于生產(chǎn)可打印、可彎曲的電子設(shè)備，并整合多種傳感器。”2.2研究現(xiàn)狀2.2.1諾基亞的東山再起諾基亞在2008年的一個(gè)研究項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)了一款優(yōu)秀性能的未來手機(jī)NOKIAMorph。通過納米技術(shù)讓手機(jī)材質(zhì)和組件變得柔韌而透明，能夠自我清