石墨烯常用計(jì)量單位及簡(jiǎn)介

1、石墨烯一、常用的計(jì)量單位及含義純度（Purity ） : wt% 【" wt% ”是重量含量百分?jǐn)?shù)（） ; wt是英文weight的簡(jiǎn)寫(xiě)?！勘缺砻娣eSSA （Special Surface Area ） : m2/g【比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積。單位是 m2/g,通常指的是固體材料的比表面積，例如粉末、纖維、顆粒、片狀、塊狀等材 料?！侩妼?dǎo)率（Conductivity） : S/m【電導(dǎo)率，物理學(xué)概念，也可以稱為導(dǎo)電率。在介質(zhì)中該量與電場(chǎng)強(qiáng)度E之積等于傳導(dǎo)電流密度Jo對(duì)于各向同性介質(zhì)，電導(dǎo)率是標(biāo)量；對(duì)于各向異性介質(zhì)，電導(dǎo)率是張量。生態(tài)學(xué)中，電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流

2、的能力。單位以西門(mén)子每米 （S/m）表示。電導(dǎo)率是用來(lái)描述物質(zhì)中電荷流動(dòng)難易程度的參數(shù)。】振實(shí)密度（Tap Density ） : mg/mL【振實(shí)密度是指在規(guī)定條件下容器中的粉末經(jīng)振實(shí)后所測(cè)得的單位容積的質(zhì)量。振實(shí)密度或者說(shuō)體積密度（在一些工業(yè)領(lǐng)域稱為松裝密度）定義為樣品的質(zhì)量除以它的體積，這一體積包括樣品本身和樣品孔隙及其樣品間隙體積。堆積密度對(duì)于表征催化劑、發(fā)泡材料、絕緣材料、陶瓷、粉末冶金和其它工業(yè)生產(chǎn)品都是必要的?！科瑥剑⊿cale ） : microns/灰分（ASH ） : wt% 【無(wú)機(jī)物，可以是鍛燒后的殘留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某種物質(zhì)中的固體部分而不是氣體或

3、液體部分。在高溫時(shí)，發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化， 最后有機(jī)成分揮發(fā)逸散，而無(wú)機(jī)成分（主要是無(wú)機(jī)鹽和氧化物）則殘留下來(lái)，這些殘留物稱為灰分?！矿w積電阻率（Volume Resistivity ） : Q?m 體積電阻率，是材料每單位體積對(duì)電流的阻抗， 用來(lái)表征材料的電性質(zhì)。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說(shuō)的電阻率即為體積電阻率。，Pv=RvS/h式中，h是試樣的厚度（即兩極之間的距離）；S是電極的面積，w的單位是Q ,m （歐姆 米）】中值粒徑 D（50） : 4-6 am 【D50: 一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒

4、占 50%，小于它的顆粒也占 50% , D50也叫中位粒徑或中值 粒徑。D50常用來(lái)表示粉體的平均粒度?！糠阶瑁ǚ綁K電阻）：Q£q【在一長(zhǎng)為l,寬 w,高d （即為膜厚），此時(shí) L=l,S=w*d,故R=p *l/（w*d）=（ p /d）*（l/w）方塊電阻R=p /d令l=w于是R=（ p /d）,其中p為材料的電阻率， 此時(shí)的 R為方阻。蒸發(fā)鋁膜、導(dǎo)電漆膜、印制電路板銅箔膜等薄膜狀導(dǎo)電材料，衡量它們厚度的最好方 法就是測(cè)試它們的方阻。什么是方阻呢？方阻就是方塊電阻，指一個(gè)正方形的薄膜導(dǎo)電材料邊到邊 之”間的電阻，方塊電阻有一個(gè)特性，即任意大小的正方形邊到邊的電阻都是一樣的，不

5、管邊 長(zhǎng)是1米還是0.1米，它們的方阻都是一樣，這樣方阻僅與導(dǎo)電膜的厚度等因素有關(guān)】遷移率（Mobility ） : cm2/V - s【指單位電場(chǎng)強(qiáng)度下所產(chǎn)生的載流子平均漂移速度。它的單位2是厘米/ (伏 秒)。遷移率代表了載流子導(dǎo)電能力的大小，它和載流子(電子或空穴)濃度決定了半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。遷移率與載流子的有效質(zhì)量和散射概率成反比。載流子的有效質(zhì)量與材料有關(guān)，不同的半導(dǎo)體中電子有不同的有效質(zhì)量。如硅中電子的有效質(zhì)量為0.5m0 (m0是自由電子質(zhì)量)，碎化錢(qián)中電子的有效質(zhì)量為0.07m0 o空穴分重空穴和輕空穴，它們具有與電子不同的有效質(zhì)量。半導(dǎo)體中載流子在低溫下主要受到缺陷和雜質(zhì)的散射

6、，高溫下主要受到由原子晶格振動(dòng)產(chǎn)生的聲子的散射。散射越強(qiáng)，遷移率越低?！苛６?Scale ) : microns/【粒度是指顆粒的大小。通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方體顆粒的粒度用邊長(zhǎng)表示。對(duì)不規(guī)則的顆粒， 可將與該顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。粒度的大小常用D50,D97,比表面積等指標(biāo)表示?！亢穸?Thickness ) : nm【納米】直徑(Diameter ) : microns尺寸：am【微米】層數(shù)(Layers):層碳含量：wt%氧含量：wt%二、石墨烯定義石墨烯(Graphene )是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米 材料。石

7、墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳 遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。三、主要應(yīng)用隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于 已有的研究成果，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池領(lǐng)域?；A(chǔ)研究石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見(jiàn)的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)一一因?yàn)闊o(wú)質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng)，從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)描

8、述，這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向：-些原來(lái)需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn)，可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。零能隙的半導(dǎo)體主要是單層石墨烯，這種電子結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應(yīng)活性增強(qiáng)的功能是由石墨烯的氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)結(jié)果顯示 出來(lái)的，說(shuō)明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)氣體分子吸附的誘導(dǎo)而發(fā)生相應(yīng)的變化，其不但對(duì)載流子的濃度進(jìn)行改變，同時(shí)可以摻雜不同的石墨烯。傳感器石墨烯可以做成化學(xué)傳感器，這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)石墨烯的表面吸附性能來(lái)完成的，根據(jù)部分學(xué)者的研究可知，石墨烯化學(xué)探測(cè)器的靈敏度可以與單分子檢

9、測(cè)的極限相比擬。石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它對(duì)周?chē)沫h(huán)境非常敏感。石墨烯是電化學(xué)生物傳感器的理想材料，石墨烯制成的傳感器在醫(yī)學(xué)上檢測(cè)多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。晶體管石墨烯可以用來(lái)制作晶體管，由于石墨烯結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，這種晶體管在接近單個(gè)原子的尺度上依然能穩(wěn)定地工作。相比之下，目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會(huì)失去穩(wěn)定性；石墨烯中電子對(duì)外場(chǎng)的反應(yīng)速度超快這一特點(diǎn)，又使得由它制成的晶體管可以達(dá)到極高的工作頻率。例如 舊M公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了 100GHz ,超過(guò)同等尺度的硅晶體管。7柔性顯示屏消費(fèi)電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來(lái)移動(dòng)設(shè)

10、備顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)。柔性顯示未來(lái)市場(chǎng)廣闊，作為基礎(chǔ)材料的石墨烯前景也被看好。韓國(guó)研究人員首次制造出了由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國(guó)三星公司和成均館大學(xué)的研究人員在一個(gè)63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，制造出了一塊電視機(jī)大小的純石墨烯。他們表示，這是迄今為止塊頭”最大的石墨烯塊。隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示，從理論上來(lái)講，人們可以卷起智能手機(jī)，然后像鉛筆一樣將其別在耳后。新能源電池新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領(lǐng)域。美國(guó)麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽(yáng)能電池的成本，這

11、種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。另外，石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車(chē)電池的容量不足以及充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。海水淡化石墨烯過(guò)濾器比其他海水淡化技術(shù)要使用的多。水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水親密接觸 后，可形成約0.9納米寬的通道，小于這一尺寸的離子或分子可以快速通過(guò)。通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一 步壓縮石墨烯薄膜中的毛細(xì)通道尺寸，控制孔徑大小，能高效過(guò)濾海水中的鹽份。儲(chǔ)氫材料石墨烯具有質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，使之成為儲(chǔ)氫材料的最佳候選者。航空航天由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄

12、等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是極為突出 的。2014年，美國(guó)NASA開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器，就能很好的對(duì)地球高空大氣 層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。而石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用。感光元件以石墨烯作為感光元件材質(zhì)的新型感光元件，可望透過(guò)特殊結(jié)構(gòu)，讓感光能力比現(xiàn)有 CMOS或CCD提高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本 10% o可應(yīng)用在監(jiān)視器與衛(wèi)星成像領(lǐng)域中， 可 以應(yīng)用于照相機(jī)、智能手機(jī)等。復(fù)合材料基于石墨烯的復(fù)合材料是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域中的重要研究方向，其在能量?jī)?chǔ)存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出了

13、優(yōu)良性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯復(fù)合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物復(fù)合材料和石墨烯基無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料上， 而隨著對(duì)石墨烯研究的深入，石墨烯增強(qiáng)體在塊體金屬基復(fù)合材料中的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的重視。石墨烯制成的多功能聚合物復(fù)合材料、高強(qiáng)度多孔陶瓷材料，增強(qiáng)了復(fù)合材料的許多 特殊性能。生物石墨烯被用來(lái)加速人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，同時(shí)也被用來(lái)制造碳化硅上外延石墨烯的生物傳感器。同時(shí)石墨烯可以作為一個(gè)神經(jīng)接口電極，而不會(huì)改變或破壞性能，如信號(hào)強(qiáng)度或疤痕組織的形成。由于具有柔韌性、生物相容性和導(dǎo)電性等特性，石墨烯電極在體內(nèi)比鴇或硅電極穩(wěn)定得多。石墨烯氧化物對(duì)于抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)十分有效

14、，而且不會(huì)傷害到人體細(xì)胞。四、發(fā)展前景石墨烯的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關(guān)的材料廣泛應(yīng)用在電池電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛 在的應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn) 展。研究者們致力于在不同領(lǐng)域嘗試不同方法以求制備高質(zhì)量、大面積石墨烯材料。并通過(guò)對(duì) 石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應(yīng)用，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化。中國(guó)在石墨烯研究上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨，在我國(guó)儲(chǔ)能豐富，價(jià)格低廉。正是看到了石墨烯的應(yīng)用前景，許多國(guó)家紛紛建立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使用石墨烯商業(yè)化，進(jìn)而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得潛在的應(yīng)用專利。如歐盟委員會(huì)將石墨烯作為朱來(lái)新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”，設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃， 未來(lái)10年內(nèi)撥出10億歐元經(jīng)費(fèi)。英國(guó)政府也投資建立國(guó)家石墨烯研究所（NGI）,力圖使這種材料在未來(lái)幾十年里可以從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入生產(chǎn)線和市場(chǎng)。石墨烯有望在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中成為新一代器件，為了探尋石墨烯更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，還需繼續(xù)尋