石墨烯簡介課件.ppt

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1、石墨烯龐高峰石墨烯定義石墨烯（Graphene）是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯研究歷史實(shí)際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。（撕膠帶法）石墨烯研究歷史在

2、發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對(duì)零度穩(wěn)定存在,但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。石墨烯是富勒烯（0維）、碳納米管（1維）、石墨（3維）的基本組成單元，可以被視為無限大的芳香族分子。制備方法撕膠帶法—發(fā)現(xiàn)石墨烯使用的方法機(jī)械剝離機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)，但是得到的

3、片層小，生產(chǎn)效率低。氧化還原法氧化還原法是通過將石墨氧化，增大石墨層之間的間距，再通過物理方法將其分離，最后通過化學(xué)法還原，得到石墨烯的方法。這種方法操作簡單，產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量較低。SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是這種方法對(duì)設(shè)備要求較高。CVD化學(xué)氣相沉淀，利用甲烷等含碳化合物作為碳源，通過其在基體表面的高溫分解生長石墨烯。CVD是目前最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備高質(zhì)量、大

4、面積石墨烯的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質(zhì)量高的特點(diǎn)，但現(xiàn)階段成本較高，工藝條件還需進(jìn)一步完善。石墨烯特性最?。菏┚哂型昝赖亩S晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形，厚度為一個(gè)原子層。石墨烯是已知的世上最薄的納米材料。最堅(jiān)硬：石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強(qiáng)100倍，甚至還要超過鉆石。導(dǎo)電性：在石墨烯中，每個(gè)碳原子都有一個(gè)未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V?s，又比納米碳

5、管或硅晶體高，而電阻率只約10-6Ω?cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。石墨烯的線性光學(xué)性質(zhì)單層石墨稀對(duì)光的吸收率達(dá)到了2.3%,對(duì)于多層石墨煉片,可以看做單層石墨烯的簡單疊加,每一層的吸收是恒定不變的,隨著層數(shù)的增加,吸收也線性增長。石墨烯的非線性光學(xué)性質(zhì)當(dāng)入射光所產(chǎn)生的電場與石墨烯內(nèi)碳原子的外層電

6、子發(fā)生共振時(shí)，石墨烯內(nèi)電子云相對(duì)于原子核的位置發(fā)生偏移，并產(chǎn)生極化，由此導(dǎo)致了石墨烯的非線性光學(xué)性質(zhì)。石墨烯的飽和吸收特性由于石墨烯具有超寬的光譜工作范圍，飛秒級(jí)超快電子弛豫時(shí)間(～150fs)，高的熱損傷閾值等特點(diǎn)，使其成為備受關(guān)注的新型可飽和吸收體材料。石墨烯應(yīng)用1、淡化海水研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術(shù)。2、太陽能電池石墨烯太陽能技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%，是現(xiàn)有多晶硅太陽能技術(shù)的2倍。3、單分子氣體偵測(cè)當(dāng)一個(gè)氣體分子被吸附于石墨烯表面時(shí)，吸附位置會(huì)發(fā)生電阻的局域變

7、化。石墨烯具有高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠偵測(cè)這微小的電阻變化。4、超級(jí)電容由于石墨烯具有特高的表面面積對(duì)質(zhì)量比例，石墨烯可以用于超級(jí)電容器的導(dǎo)電電極?？茖W(xué)家認(rèn)為這種超級(jí)電容器的儲(chǔ)存能量密度會(huì)大于現(xiàn)有的電容器。5、透明導(dǎo)電電極石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良。由于氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以

8、沉積于大面積區(qū)域。NEXT田森