石墨烯介紹0)

1、石墨烯介紹石墨烯介紹學 生：* *指導老師：* * *2013/05/11 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 制備方法制備方法 特性特性 應用前景應用前景 研究成果研究成果一、結(jié)一、結(jié) 構(gòu)構(gòu) 單碳原子層片狀結(jié)構(gòu)； 平面多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)（苯六元環(huán)），為sp2雜化； 單層二維晶體； 無碳原子缺失現(xiàn)象 石墨烯是組成其他石石墨烯是組成其他石墨材料的基本單元墨材料的基本單元a. 翹曲成零維(0D)的富勒烯；b.卷成一維(1D)的碳納米管；c.堆垛成三維(3D)的石墨。 碳原子面可彎曲變形，以保持碳原子面可彎曲變形，以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而使碳原子不必重新結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而使碳原子不必重新排列來適應外力。排列來適應外力。二、制二、制 備備

2、方方 法法I.2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈杰姆和克斯特亞諾沃消洛夫從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯；II.機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等三、特三、特 性性 由于石墨烯很穩(wěn)定，所以它的特性主要體現(xiàn)在它的物理性能上。 硬度目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料； 強度強度最大的材料。據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約100 納米），那么它將能承

3、受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂； 導電性導電性最好的材料。電阻率極低，電子遷移的速度極快，電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度； 導熱性結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，具有優(yōu)秀的導熱性; 透光性極好的透光性； 電子運輸在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)（如果不是所有的話）物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚態(tài)物理界。同時，在常溫下，可觀測到量子霍爾效應； 電子相互作用石墨烯中電子間以及電子與蜂窩狀柵格間均存在著強烈的相互作用； 石墨烯還有記憶效應等其他特性四、應四、應 用用 前前 景景I.納米電子器件方面a) 室溫下石墨烯具有

4、10倍于商用硅片的高載流子遷移率(約10 am /Vs)，并且受溫度和摻雜效應的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性(300 K下可達0.3 m)，這使電子工程領域極具吸引力的室溫彈道場效應管成為可能；b) 較大的費米速度和低接觸電阻則有助于進一步減小器件開關時間，具超高頻率的操作響應特性；c) 石墨烯減小到納米尺度甚至單個苯環(huán)同樣保持很好的穩(wěn)定性和電學性能，使探索單電子器件成為可能d) 利用石墨烯加入電池電極材料中可以大大提高充電效率，并且提高電池容量。自我裝配的多層石墨烯片不僅是鋰空氣電池的理想設計，也可以應用于許多其他潛在的能源存儲領域如超級電容器、電磁炮等；e) 新型石墨烯材料

5、將不依賴于鉑或其他貴金屬，可有效降低成本和對環(huán)境的影響；f)石墨烯的導電性能適合于高頻電路。代替硅生產(chǎn)超級計算機等II. 光子傳感器 石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場上，這種傳感器是用于檢測光纖中攜帶的信息的，現(xiàn)在，這個角色還在由硅擔當，但硅的時代似乎就要結(jié)束（IBM已研制出石墨烯光電探測器）； 基于石墨烯的太陽能電池和液晶顯示屏。因為石墨烯是透明的，用它制造的電板比其他材料具有更優(yōu)良的透光性。III. 基因電子測序 由于導電的石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的距離以及DNA四種堿基之間存在電子指紋，因此，石墨烯有望實現(xiàn)直接的，快速的，低成本的基因電子測序技術。III. 隧

6、穿勢壘材料 基于石墨烯在導電、導熱和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，美國海軍研究試驗室（NRL）將其作為量子隧穿勢壘材料的首選。未來得石墨烯勢壘將有可能在隧穿晶體管、非揮發(fā)性磁性記憶體和可編程邏輯電路中率先得以應用。VI. 其他應用 石墨烯還可以應用于晶體管、觸摸屏、隔音、抗菌、超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣等各種應用。蘊藏的其他潛能有待人類的開發(fā)利用。五、研五、研 究究 成成 果果u2004年安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫制的石墨烯，并于獲得2010年諾貝爾物理學獎；u2011年4月7日IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管，該產(chǎn)品每秒能執(zhí)行1550億個循環(huán)操作，比之前的試驗用晶體管快50%；u美國華

7、裔科學家使用納米材料石墨烯最新研制出了一款調(diào)制器，科學家表示，這個只有頭發(fā)絲四百分之一細的光學調(diào)制器具備的高速信號傳輸能力，有望將互聯(lián)網(wǎng)速度提高一萬倍，一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待。這項研究是由加州大學伯克利分校勞倫斯國家實驗室的張翔教授、王楓助理教授以及博士后劉明等組成的研究團隊共同完成的，研究論文將于2011年6月2日在英國自然雜志上發(fā)表u美國俄亥俄州Nanotek儀器公司的研究人員利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新型儲能設備，可以將充電時間從過去的數(shù)小時之久縮短到不到一分鐘。該研究發(fā)表在近期出版的納米快報上；u我國江南石墨烯研究院對外發(fā)布，全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。該成果經(jīng)上?？茖W技術