美國(guó)研發(fā)新技術(shù)可人工合成高質(zhì)量石墨烯

1、美國(guó)研發(fā)新技術(shù)可人工合成高質(zhì)量石墨烯 美國(guó)科學(xué)家表示，他們研發(fā)了一種人工合成高質(zhì)量石墨】烯的技術(shù)，新方法不僅可控且可進(jìn)行擴(kuò)展，有望為下一代電子設(shè)備的研制鋪平道路。相關(guān)研究將發(fā)表在今年的第11期碳雜志上。石墨烯模型石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料?？茖W(xué)家們認(rèn)為，石墨烯有望徹底變革材料科學(xué)領(lǐng)域，未來(lái)或能取代硅成為電子元件材料，廣泛應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)、柔性觸摸屏、環(huán)保和醫(yī)療設(shè)備、光子傳感器以及有機(jī)太陽(yáng)能電池等諸多領(lǐng)域。要讓石墨烯更好地應(yīng)用于電子工業(yè)，還需找到可控且有效的方法，在更

2、大范圍內(nèi)獲得更高質(zhì)量的石墨】烯。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）電子和計(jì)算機(jī)工程系教授考斯塔弗·巴納吉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)研制出的最新合成技術(shù)能提供高質(zhì)量且均質(zhì)的石墨】烯。這一過(guò)程不僅可進(jìn)行擴(kuò)展，還能控制最終得到的石墨烯的層數(shù)單層還是雙層，這一點(diǎn)對(duì)石墨烯在電子和其他技術(shù)領(lǐng)域大展拳腳來(lái)說(shuō)非常重要。研究團(tuán)隊(duì)的技術(shù)關(guān)鍵是他們深刻理解了基座對(duì)石墨烯生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的重大影響。他們?cè)谝粋€(gè)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的銅基座上使用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）法并在特定的高溫下將甲烷分解，從而制造出了均質(zhì)的碳層（石墨烯）。參與研究的博士后研究員劉偉（音譯）表示：“銅基座上不完美的位置點(diǎn)會(huì)顯著影響【石墨】烯的生長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)銅表

3、面進(jìn)行正確處理并精確選擇生長(zhǎng)參數(shù)，我們做到了讓【石墨】烯的質(zhì)量和均質(zhì)性達(dá)到最優(yōu)化的同時(shí)控制石墨烯的層數(shù)?！毖芯咳藛T李宏（音譯）稱：“新方法制造出的石墨烯獲得了迄今化學(xué)氣相沉積法制造出的石墨烯擁有的最大載流子遷移率：平均值為4000平方厘米/伏·秒，最大值為5500平方厘米/伏·秒。與硅相比要高很多?！卑图{吉表示：“毫無(wú)疑問(wèn)，石墨烯是一種非常優(yōu)異的材料，其應(yīng)用范圍非常廣泛，但在如何獲得高質(zhì)量的石墨烯以及如何定制其屬性以便用于特殊用途等方面，我們還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不過(guò)，這些挑戰(zhàn)也是我們未來(lái)研究的肥沃土壤?！笔?xì)度測(cè)定方法(代替GB 35201983) 主題內(nèi)容與適用范圍 本

4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石墨產(chǎn)品細(xì)度的檢驗(yàn)方法 本標(biāo)準(zhǔn)適用于鱗片石墨與微晶石墨產(chǎn)品的細(xì)度檢驗(yàn)。 引用標(biāo)準(zhǔn) GB/T3518 鱗片石墨 GB/T3519 微晶石墨 GB 6003 試驗(yàn)篩 GB 9909 實(shí)驗(yàn)室用標(biāo)準(zhǔn)篩振蕩機(jī)技術(shù)條件 術(shù)語(yǔ) 篩分終點(diǎn)：按規(guī)定時(shí)間對(duì)試樣篩檢結(jié)束時(shí)，繼續(xù)篩分一定時(shí)間，篩下物質(zhì)量與試樣 量之比小于0.3時(shí)，則篩分到達(dá)終點(diǎn)。 4 檢驗(yàn)方法 4.1 方法原理概要石墨產(chǎn)品細(xì)度是在一定條件下，試樣經(jīng)指定孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分后，以篩余物或篩下物 質(zhì)量占試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 在本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種方法，具有同等效力。 4.2 篩檢方法（一） 設(shè)備、儀器 a.旋轉(zhuǎn)氣流篩：工作負(fù)壓20006000a;

5、 b.標(biāo)準(zhǔn)篩：應(yīng)符合GB6003要求； c.電熱干燥箱：調(diào)溫范圍0300，控溫器的靈敏度±1； d.天平：感量0.001g； e.秒表； f.毛刷。 4.2.2 檢驗(yàn)步驟 4.2.2.1 按GB/T3518和GB/T3519中規(guī)定的取樣方法采取篩檢試樣200g。 4.2.2.2 稱取水分小于的試樣g（精確至0.001g），放入帶底的標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)，并使試樣 在篩面上均勻鋪開(kāi)。 4.2.2.3 將裝好試樣的標(biāo)準(zhǔn)篩裝在旋轉(zhuǎn)氣流篩的篩座上，并將篩底中的細(xì)試樣倒入篩內(nèi)試 樣中，蓋上篩蓋。開(kāi)動(dòng)氣流篩，同時(shí)計(jì)時(shí)，控制工作負(fù)壓在2×103Pa3×103Pa 用小木錘輕敲篩蓋或篩框，使

6、附在篩蓋或篩框上的試樣落入篩面上，篩1min。 4.2.2.4 將標(biāo)準(zhǔn)篩連同篩蓋一起取出，用毛刷將篩蓋和篩框內(nèi)周附著的試樣掃入篩內(nèi)，再將 篩余物倒入容器，進(jìn)行稱量。 4.2.2.5 把稱量過(guò)的篩余物再按4.2.2.3進(jìn)行檢查篩分15s。如未到達(dá)篩分終點(diǎn)，則繼續(xù)篩 分15s。如此反復(fù)，直至到達(dá)篩分終點(diǎn)，進(jìn)行最終稱量。 4.2.2.6 結(jié)果計(jì)算：篩余物、篩下物的百分含量按式（）和式（）計(jì)算（小數(shù)點(diǎn)后保留 兩位數(shù)）。 m1 x1(%)×100 （1） m x2(%)(1x1)×100 （2） 式中：x1篩余物百分含量，； x2篩下物百分含量，； m 試樣質(zhì)量,g; m1篩作物質(zhì)量

7、,g。 取絕對(duì)誤差小于2.0的兩個(gè)檢驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值為報(bào)告數(shù)據(jù)。否則，應(yīng)重新取樣 檢驗(yàn)。 4.3 篩檢方法（二） 4.3.1 設(shè)備、儀器 a.振篩機(jī):應(yīng)符合GB9909有關(guān)規(guī)定; b.標(biāo)準(zhǔn)篩:應(yīng)符合GB6003要求; c.電熱干燥箱：調(diào)溫范圍0300，控溫器靈敏度±1； d.天平：感量0.01g； e.秒表； f.毛刷。 4.3.2 檢驗(yàn)步驟 4.3.2.1 稱取水分小于的試樣50g（準(zhǔn)確至0.01g），倒入帶有篩底的標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)，裝在振 在振篩機(jī)上進(jìn)行篩分。篩分時(shí)間按試樣細(xì)度確定。以大于75m為主的試樣篩檢 10min；小于75m大于45m為主的試樣篩檢20min；以小于45m為主的

8、試樣篩檢 30min。 4.3.2.2 到達(dá)篩分規(guī)定的時(shí)間停機(jī)，倒出篩底物料后，在振篩機(jī)上進(jìn)行檢查篩分1min，如未 到達(dá)篩分終點(diǎn)，則繼續(xù)篩分1min。如此反復(fù)，直至到達(dá)篩分終點(diǎn)。開(kāi)始稱量篩上 物或篩下物。 4.3.2.3 結(jié)果計(jì)算：按4.2.2.6進(jìn)行。 附加說(shuō)明： 本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家建筑材料工業(yè)局提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由山東南墅石墨礦歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)由咸陽(yáng)非金屬礦研究所、山東南墅石墨礦起草。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人趙桂榮、展玉純。 淺析碳在鑄鋼中的作用 與鑄鐵相比，碳在鑄鋼中的形態(tài)是比較簡(jiǎn)單的，除一種特殊的“石墨鋼”外，基本上都以碳化物的形態(tài)析出，而不以石墨的形態(tài)析出。石墨鋼是含碳量相當(dāng)高的過(guò)共析鋼，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒?/p>

9、處理后，所含的碳一部分以石墨的形態(tài)析出，因而兼有鑄鋼和鑄鐵的性能。由于組織中含有游離石墨，是一種耐磨損的結(jié)構(gòu)材料，曾用于制造曲軸、沖壓模具等構(gòu)件。近30年來(lái)，由于球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和性能的改善，石墨鋼的應(yīng)用已經(jīng)很少.鐵-碳合金中的碳化物是碳化鐵(Fe3C)，通常稱為“滲碳體”，是具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，硬度約9501050HV。滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)如圖4所示，碳原子構(gòu)成正交晶格，三個(gè)坐標(biāo)軸間的夾角都是90°，三個(gè)晶格常數(shù)a=45.235nm、b=50.888nm、c=67.431nm。每個(gè)晶胞中有12個(gè)鐵原子、4個(gè)碳原子。每個(gè)碳原子周圍都有6個(gè)鐵原子構(gòu)成八面體，而每個(gè)

10、鐵原子又為兩個(gè)碳原子所共有。各八面體的軸彼此間都傾斜某一角度。鑄鋼中除含碳以外，通常還含有其他合金元素和非故意加入的元素，因此，鋼中除含有Fe3C外，會(huì)因成分不同而含有其他元素的碳化物，如Mn3C、Cr3C、Cr7C3、Cr23C6、Mo2C、MoC、WC、W2C、VC、V4C3、TiC、NbC、Nb4C3、ZrC等；還可能形成各種復(fù)合碳化物，如FeMo2C6、Fe4W2C、Fe21W2C6、3C4Mo2C、3C(Ni，Co)4C、(Mo，W)2C純鐵的熔點(diǎn)為1538，固態(tài)鐵有3種同素異晶體：從低溫到910之間，為體心正立方晶格，稱為-鐵；在9101400之間，為面心正立方晶格，稱為-鐵；在1

11、400以上，為體心正立方晶格，稱為-鐵。碳在體心正立方晶格型鐵中的溶解度極為有限。在-鐵中的溶解度最多為0.0218%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，這種含碳量很低的固溶體稱為鐵素體；在-鐵中的溶解度最多為0.09%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，這種固溶體稱為高溫鐵素體。在鐵-碳合金中，碳在-鐵中的固溶體稱為奧氏體，其溶解度因溫度而異。在共晶溫度下，溶解度的最大值為2.11%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，且通常以這一含碳量作為區(qū)分鑄鐵與鑄鋼的界限，含碳量在2.11%以 上的為鑄鐵，含量在此值以下的為鑄鋼。實(shí)際上，很少有含碳量低到接近此值的鑄鐵，也很少有高到接近此值的鑄鋼。只有過(guò)共析鋼的組織中才可見(jiàn)到游離的滲碳 體，而通常用于制造工程與結(jié)構(gòu)用鑄

12、鋼件的都是亞共析鋼，因此，在鑄鋼組織中不可能有游離的二次滲碳體。鑄造工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)就是：通過(guò)優(yōu)選化學(xué)成分并 采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囈钥刂铺嫉男螒B(tài)，從而保證鋼的性能。含碳的基體組織有以下3種形態(tài)。(1)珠 光體亞共析鋼自?shī)W氏體區(qū)冷卻時(shí)，先自?shī)W氏體中析出先共析鐵素體，其中的含碳量隨之提高，到奧氏體中的碳含量接近共析成分后就發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，通過(guò)鐵原子和碳 原子的擴(kuò)散，形成珠光體組織。在奧氏體成分比較均勻的條件下，冷卻分解得到的珠光體通常都呈片層狀，是由鐵素體片和滲碳體片交替相間組成的。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒?處理，也可得到粒狀珠光體。片層狀珠光體，可按其片層間距分為三類：第一類：緩慢冷卻，奧氏體在較高溫度(

13、700650)下轉(zhuǎn)變形成的粗珠光體，平均片層間距>0.3m，通常稱為珠光體。第二類：冷卻較快，奧氏體在較低溫度(650600)下轉(zhuǎn)變形成的細(xì)珠光體，平均片層間距在0.10.3m之間，在高倍光學(xué)顯微鏡下才能分辨其片層，也稱為索氏體。第三類：快速冷卻，奧氏體在更低的溫度(600550)下轉(zhuǎn)變、形成的超細(xì)珠光體，平均片層間距<0.1um，即使在高倍光學(xué)顯微鏡下也無(wú)法分辨其片層，只有用電子顯微鏡才能觀察其片層的特征，也稱為托氏體(屈氏體)。上述三種都屬于片層狀珠光體組織，只有粗細(xì)之分，并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，它們之間的界限也是相對(duì)的。片層間距減小，珠光體的抗拉強(qiáng)度和硬度明顯提高，而伸長(zhǎng)率則改變不多。(2)馬氏體經(jīng)奧氏體化的鋼以很快的速率冷卻到低溫時(shí)，各種元素的擴(kuò)散都極為困難，因而轉(zhuǎn)變過(guò)程中不發(fā)生化