石墨烯的特性及應(yīng)用前景

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1、石墨烯的制備、結(jié)構(gòu)、特性及應(yīng)用前景班級：熱能082姓名：陸時杰學(xué)號：10084621致喬文明老師：喬老師這課講的很有意思，我雖然是學(xué)熱能與動力工程的，但是我對這些新型材料很有興趣，尤其是它在航空航天和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。在上這個課之前我就知道多孔碳材料可用用來做雷達波的吸收材料，像現(xiàn)在一些民用器材，比如汽車、自行車。魚竿等等，都有采用碳纖維材料，不但重量很輕，而且強度很大。就是目前市場上這種材料的商品價格往往高的離譜，買不起啊！不過在上這個課還是收獲蠻多的，對碳材料有了更深入的認識，就拿石墨烯來說，以前就是聽過這玩意很堅固，其他方面的東西還真不知道，通過這門課了解

2、到它的性質(zhì)和其他的一些用途。我記得曾今美國有位老師問他的學(xué)生地球上的石油多少年能用完，他的學(xué)生立刻開始了計算。這時這位老師說，永遠都用不完。這時因為每當(dāng)一種材料面臨枯竭的時候人類就會找到其替代品?，F(xiàn)在看來是這樣，這些碳材料在未來鎖發(fā)揮的作用將會非常巨大。但就是每次一講到這些碳材料的制備和一些條件云云，就聽不懂了，因為不是學(xué)化工的，對里面好多專業(yè)術(shù)語不了解，而且還是英文的，不查字典基本就瞎了。不過對這課的興趣，還是滿濃厚的。廢話不扯了，下面該到正題了，因為引用了很多文獻，也不確定里面有些東西的正確性，如有問題，請老師指正。前言碳材料(如炭黑、煤炭、石墨、金剛石)幾

3、乎和人類一樣歷史悠久。20世紀(jì)60年代以來陸續(xù)從聚丙烯腈中得到了碳纖維,由化學(xué)分解烴蒸氣而產(chǎn)生的熱解碳以及來自于非石墨化程序的玻璃狀碳等新型碳材料,這些新型碳材料與傳統(tǒng)石墨電極、碳黑和活性炭等碳材料有著不同的結(jié)構(gòu)和特性。在20世紀(jì)70年代,出現(xiàn)了針型焦碳、新型微珠,生長蒸氣型碳纖維,高密度各向同性石墨,碳纖維加強型混凝土、碳分子篩、金剛石-C和其他新型碳材料。富勒烯(C60)和納米碳管的發(fā)現(xiàn)更是開啟了一個與光滑石墨層碳材料為基礎(chǔ)的碳材料完全不同的世界。新碳材料的發(fā)展促進了碳科學(xué)的新發(fā)展,這使重新構(gòu)造C-C鍵,觀察雜化軌道(SP+2π,SP2+π和SP3)成為一種

4、趨勢。1、納米碳材料的定義傳統(tǒng)的納米材料把組成相或晶粒結(jié)構(gòu)控制在100納米以下的長度尺寸的材料稱為納米材料。但從碳材料的生產(chǎn)控制因素和特征關(guān)鍵點,我們可以將納米碳材料定義為:在納米狀態(tài)下對碳原子的大小和結(jié)構(gòu)進行有效控制而產(chǎn)生的碳材料。這種定義將大小和結(jié)構(gòu)放在了相同的地位,這就更容易解釋納米碳材料的多樣性,除了富勒烯和納米碳管外還有其他更多的材料。傳統(tǒng)碳大多數(shù)依靠天然產(chǎn)生不同大小和結(jié)構(gòu)的微晶或孔,并且僅其中一部分(碳黑)為納米碳材料。比較而言,在納米碳材料發(fā)展中,由于我們已掌握了納米大小和納米結(jié)構(gòu)的一重或雙重控制技術(shù),因此在許多新型碳材料中產(chǎn)生了納米碳材料。新型碳

5、材料發(fā)展中至關(guān)重要的因素,不僅僅受納米大小的控制,而且受納米狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的控制。在這種認識指導(dǎo)下,將有利于我們對納米碳材料的研究。2、決定納米碳材料性質(zhì)的因素在碳材料的生產(chǎn)中,主要的控制因素包括傳統(tǒng)的和新型的方法。它們都表現(xiàn)出了在碳化過程中的優(yōu)勢聚合體、工藝條件和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或最終產(chǎn)品的特性。3、納米碳材料的應(yīng)用研究目前應(yīng)用的主要納米碳材料是石墨烯、碳黑、C60、納米碳管。由于對納米碳管的特性了解比較深入,因此基于納米碳管的應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化研究成為目前的主流。下面，論文將就納米碳材料中的一種——石墨烯做具體介紹，將對石墨烯的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用前景做一個概述。正文

6、石墨烯是一種二維晶體，最大的特性是，其中電子的運動速度達到了1000m/s，大概是光速光速的1/300，這遠遠超過了電子在其他導(dǎo)體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”，的性質(zhì)和相對論性的中微子（中微子又譯作微中子，是輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一）非常相似。石墨烯獨特而完美的結(jié)構(gòu)使它具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等特性，例如石墨烯具有100倍于硅的超高載流子遷移率、高達130GPa的強度、很好的柔韌性和近20%的伸展率、超高熱導(dǎo)率、高達2600m2/g的比表面積，并且?guī)捉该?，在很寬的波段?nèi)光吸收只有2.3%。這些優(yōu)異的

7、物理性質(zhì)使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導(dǎo)電薄膜、超強和高導(dǎo)復(fù)合材料、高性能鋰離子電池和超級電容器等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯是單層原子厚度的石墨，具有二維蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列也保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于石墨烯片平面內(nèi)π軌道的存在，電子可在晶體中自由移動，使得石墨烯具有十分優(yōu)異的電子傳輸性能。由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，自2004年被英國曼徹斯特大學(xué)研究組發(fā)現(xiàn)后，不斷有新的成果被報道。其中包括發(fā)現(xiàn)石墨烯

8、和PMMA較大熱膨脹系數(shù)