Will zigzag graphene nanoribbon turn to half metal under electric field?
Er-Jun Kan, Zhenyu Li, Jinlong Yang, and J. G. Hou
Citation: Applied Physics Letters 91, 243116 (2007); doi: 10.1063/1.2821112
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Will zigzag graphene nanoribbon turn to half metal under electric ?eld?
Er-Jun Kan,Zhenyu Li,Jinlong Yang,a ?and J.G.Hou
Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale,University of Science and Technology of China,Hefei,Anhui 230026,People’s Republic of China
?Received 22August 2007;accepted 13November 2007;published online 14December 2007?At B3LYP level of theory,we predict that the half-metallicity in zigzag edge graphene nanoribbon ?ZGNR ?can be realized when an external electric ?eld is applied across the ribbon.The critical electric ?eld decreases with the increase of the ribbon width to induce the half-metallicity.Both the spin polarization and half-metallicity are removed when the edge state electrons fully transferred from one side to the other under very strong electric ?eld.The electric ?eld range under which ZGNR remains half-metallic increases with the ribbon width.Our study demonstrates a rich ?eld-induced spin polarization behavior,which may lead to some important applications in spinstronics.?2007American Institute of Physics .?DOI:10.1063/1.2821112?
Since its isolation by mechanical exfoliation,1graphene,a single graphite layer,has attracted a broad research interest.Because of its high carrier mobility and huge coherence dis-tance at room temperature,2,3it has been expected to be a very promising candidate of the future electronic materials.Along this direction,graphene nanoribbon ?GNR ?,which is a graphite layer terminated in one direction with a speci?c width,was synthesized.2–4It is now well known that zigzag edge GNRs ?ZGNRs ?are semiconductors with two localized electronic edge states.5–10These two states are ferromagneti-cally ordered,and they antiferromagnetically coupled each other.
The spin degree of freedom of ZGNRs is very important considering their possible application in spintronics,11,12where it is essential to realize electron transport through only one spin channel.With one metallic spin component and another semiconducting or insulating spin channel,half metal is an ideal material for spintronics.Based on density functional theory calculations with the local density approxi-mation ?LDA ?,Son et al.13predicted that ZGNRs become half-metallic when an external transverse electric ?eld is ap-plied,which opens the possibility of the spintronics applica-tion for graphene.
Recently,Rudberg et al.14revisited the problem of the ZGNR electronic structure under electric ?eld.They argued that although ZGNRs are spin-selective semiconductor,they never show half-metallicity if nonlocal exchange interaction is considered by using B3LYP functional.However,their study is limited to a speci?c ZGNR with eight zigzag chains ?8-ZGNR ?and of ?nite length.Therefore,it is still an open question if ZGNR will turn to half metal under electric ?eld.
In this letter,to clarify this issue,we report a careful study on the electronic structures of n -ZGNRs ?n =5,6,7,8,9,10,12,and 14?with B3LYP functional.In our model,n -ZGNR is ?at in x -y plane,with n zigzag chains along the y direction.The edges of ZGNRs are saturated by hydrogen atoms.Periodic boundary condition ?PBC ?is used to con-sider ZGNRs with in?nite length,just as shown in Fig.1.Our calculations were carried out with the CRYSTAL03package,15which utilizes atom-centered Gaussian basis sets.16All-electron basis sets were adopted for both C ?Ref.
17?and H.18A reciprocal space sampling was made on a Monkhorst-Pack grid with a shrinking factor suf?cient to converge the total energy to within eV per unit cell.A modi-?ed Broyden scheme,19following the method proposed by Johnson,20was applied in the self-consistent-?eld iteration.
We ?rst consider the 8-ZGNR studied by Rudberg et al..14As shown in Fig.2?a ?,without electric ?eld,the energy gaps for both spin channels are 1.23eV,very close to 1.34eV for ribbon with a length of 7.1nm.14With the in-crease of the external electric ?eld,the spin-down band gap decreases rapidly,and it becomes zero when the electric ?eld strength reaches 0.65V /?.On the other hand,the spin-up channel remains semiconducting under all external electric ?elds.Therefore,B3LYP also predict the electric ?eld-induced half-metallicity for the in?nite long 8-ZGNR.How-ever,the critical electric ?eld obtained here is much larger than previously predicted by LDA ?about 0.2V /??.13This is because that LDA underestimates energy gap and thus the critical electric ?eld to close the energy gap.Another impor-tant feature revealed by our calculation is that the half-metallicity will be destroyed by a too strong electric ?eld.As shown in Fig.2?a ?,the metallic character in the spin-down channel disappears when the electric ?eld reaches 0.8V /?.Therefore,the answer to the title question is yes,and 8-ZGNR will turn to half metal under a limited range of external electric ?elds.
To understand the electric ?eld response of 8-ZGNR,we plot its spin densities ????r ?????r ??of 8-ZGNR in Fig.2?c ?.Without electric ?eld,we obtained a spin density very simi-lar to the previous results.13,14It distributes on all carbon atoms and decays from the edges to the middle.Each spin-up
a ?
Author to whom correspondence should be addressed.Electronic mail:
jlyang@https://www.doczj.com/doc/c714182495.html,.
FIG.1.?Color online ?The structures of zigzag graphene nanoribbons:green balls are C atoms and blue balls are H atoms.The rectangle drawn with solid lines denotes the unit cell,and the arrow line represents the direction of external electric ?elds.
APPLIED PHYSICS LETTERS 91,243116?2007?
0003-6951/2007/91?24?/243116/3/$23.00?2007American Institute of Physics
91,243116-1 This article is copyrighted as indicated in the article. Reuse of AIP content is subject to the terms at: https://www.doczj.com/doc/c714182495.html,/termsconditions. Downloaded to IP:
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and spin-down density is mainly distributed at one side of the ribbon.By applying a 0.3V /?external electric ?eld,the spin density in the middle of the ribbon is reduced,but the two edges are only little affected.When the electric ?eld
increases further and the ribbon becomes half metal,the spin density at the two edges is greatly reduced,and there is al-most no spin density on the middle part.Finally,when the ?eld reaches 0.9V /?,the system becomes spin unpolarized.Rudberg et al.14found the magnetization decrease with the increase of electric ?eld too.However,in their limited length case,the spin density disappears ?rst from the two ends of the ribbon,and some magic patterns formed along the y di-rection under some ?elds,which directly leads to the half-metallicity unavailable for ribbons of ?nite length.
As shown in Figs.3?a ?and 3?b ?,the projected density of states ?PDOS ?of 8-ZGNR is obtained by projecting elec-tronic bands to three parts:atomic orbitals at the left/right C atom chain ?C-L/C-R ?and other C atoms ?C-M ?.As shown in Fig.3?a ?,without external electric ?eld,the two edge states are degenerate and with opposite spin directions.The degeneration of the two edge states is removed when exter-nal electric ?eld is applied due to the different electrostatic potentials at the two sides.The energy difference between these two edge states changes with the electric ?eld strengths.When the occupied manifest of the left edge state meets the unoccupied manifest of the right edge state,changer transfer occurs and the spin-down channel becomes metallic.Under an electric ?eld of 0.9V /?,all electrons of the right edge state have been transferred to the left edge,making the spin density quenched.Thus,the half-metallicity is closely related to the electron transfer from the right to the
left.
FIG.2.?Color online ??a ?Spin-up ?blue ?and spin-down ?red ?8-ZGNR band gaps against external electric ?elds.?b ?Spin-up ?blue ?and spin-down ?red ?8-ZGNR band structures with E =0.65V /?.?c ?The spin densities of 8-ZGNR under different external electric ?elds:red for positive values and blue for
negative.
FIG.3.?Color online ?PDOS of 8-ZGNR under external electric ?eld of ?a ?0.0V /?and ?b ?0.9V /?,positive for spin up and negative for spin down.?c ?n -ZGNR band gaps against external electric ?elds for n =7,9,10,12,and 14;the line with squares represents spin-up channel,and ?lled circles for spin-down one.?d ?The critical electric ?elds ?E t ?to achieve half-metallicity and the range of electric ?eld strength ?from E t to E t +?E ?to keep half-metallicity for ribbons with n =5,6,7,8,9,10,12,and 14.
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It is interesting to check whether electric?eld can reduce half-metallicity for other ribbons with different widths.As shown in Fig.3?c?,our calculations predict that all n-ZGNRs ?n=5,6,7,9,10,12,and14?can display half-metallic be-
havior under suitable external?eld.The critical electric?eld to achieve half-metallicity decreases with the increase of rib-bon width.This can be easily understood by the different electric?eld requirements to generate the same electrostatic potential difference between the left and the right sides of n-ZGNR.13As shown in Fig.3?d?,n-ZGNR remains half-metallic only at a limited range of electric?eld.With the increase of the ribbon widths,the corresponding?eld range increases too.The reason is that it is easier for wider ZGNRs to induce bands crossing in the spin-down channel by elec-tric?eld.Band crossing leads to charge transfer.Once the electron transfer removes the spin polarization,the half-metallicity has already been destroyed.
In summary,we have performed hybrid functional cal-culations with PBC to study the electronic structures of ZGNRs under external electric?eld.We?nd that the nonlo-cal exchange interaction does not remove half-metallicity of ZGNRs,and the contrary prediction by Rudberg et al.14 should be an effect of?nite length.The half-metallic behav-iors are correlated with the partial electron transfer between the two edges of the ribbons and the band crossing caused by the additive electric potential difference under the electric ?eld.A full edge state electron transfer removes spin polar-ization and thus also the half-metallicity.The electric?eld range at which ZGNR remains half-metallic increases with the ribbon width.This important prediction may lead to some important applications of ZGNR in spintronics,such as switches and sensors.
This work is partially supported by the National Natural Science Foundation of China?50121202,20533030,and 10474087?,by National Key Basic Research Program under Grant No.2006CB922004,by the USTC-HP HPC project, and by the SCCAS and Shanghai Supercomputer Center.
1K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V. Dubonos,I.V.Grigorieva,and A.A.Firsov,Science306,666?2004?.
2K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,M.I.Katsnelson, I.V.Grigorieva,S.V.Dubonos,and A.A.Firsov,Nature?London?438, 197?2005?.
3Y.Zhang,Y.-W.Tan,H.L.Stormer,and P.Kim,Nature?London?438, 201?2005?.
4C.Berger,Z.Song,X.Li,X.Wu,N.Brown,C.Naud,D.Mayou,T.Li, J.Hass,A.N.Marchenkov,E.H.Conrad,P.N.First,and W.A.de Heer, Science312,1191?2006?.
5K.Kusakabe and M.Maruyama,Phys.Rev.B67,092406?2003?.
6A.Yamashiro,Y.Shimoi,K.Harigaya,and K.Wakabayashi,Phys.Rev.B 68,193410?2003?.
7H.Lee,Y.Son,N.Park,S.Han,and J.Yu,Phys.Rev.B72,174431?2005?.
8L.Pisani,J.A.Chan,B.Montanari,and N.M.Harrison,Phys.Rev.B75, 064418?2007?.
9O.Hod,V.Barone,J.E.Peralta,and G.E.Scuseria,Nano Lett.7,2295?2007?.
10V.Barone,O.Hod,and G.E.Scuseria,Nano Lett.6,2748?2006?.
11G.A.Prinz,Science282,1660?1998?.
12S.A.Wolf,D.D.Awschalom,R.A.Buhrman,J.M.Daughton,S.von Molnr,M.L.Roukes,A.Y.Chtchelkanova,and D.M.Treger,Science 294,1488?2001?.
13Y.-W.Son,M.L.Cohen,and S.G.Louie,Nature?London?444,347?2006?.
14E.Rudberg,P.Salek,and Y.Luo,Nano Lett.7,2211?2007?.
15V.R.Saunders et al.,CRYSTAL2003User’s Manual?University of Torino, Torino,2003?.
16See http://www.crystal.unito.it/Basis_Sets/ptable.html for C atom;See https://www.doczj.com/doc/c714182495.html,/~mdt26/crystal.html for H atom.
17M.Catti,A.Pavese,R.Dovesi,and V.R.Saunders,Phys.Rev.B47, 9189?1993?.
18A.R.Porter,M.D.Towler,and R.J.Needs,Phys.Rev.B60,13534?1999?.
19C.G.Broyden,https://www.doczj.com/doc/c714182495.html,put.19,577?1965?.
20D.D.Johnson,Phys.Rev.B38,12807?1988?.
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第一章石墨烯性能及相关概念 1 石墨烯概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2 /g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m?K))和力学性能(1.06×103 GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。 石墨烯结构图
2 石墨烯结构 石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由 sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。石墨烯中碳 -碳键长约为 0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。 形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。在单层石墨烯中，每个碳原子通过 sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。 石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。 石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
数据标准化处理方法 在数据分析之前，我们通常需要先将数据标准化（normalization），利用标准化后的数据进行数据分析。数据标准化也就是统计数据的指数化。数据标准化处理主要包括数据同趋化处理和无量纲化处理两个方面。数据同趋化处理主要解决不同性质数据问题，对不同性质指标直接加总不能正确反映不同作用力的综合结果，须先考虑改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化，再加总才能得出正确结果。数据无量纲化处理主要解决数据的可比性。数据标准化的方法有很多种，常用的有“最小—最大标准化”、“Z-score标准化”和“按小数定标标准化”等。经过上述标准化处理，原始数据均转换为无量纲化指标测评值，即各指标值都处于同一个数量级别上，可以进行综合测评分析。 一、Min-max 标准化 min-max标准化方法是对原始数据进行线性变换。设minA和maxA 分别为属性A的最小值和最大值，将A的一个原始值x通过min-max 标准化映射成在区间[0,1]中的值x'，其公式为： 新数据=（原数据-极小值）/（极大值-极小值） 二、z-score 标准化
这种方法基于原始数据的均值（mean）和标准差（standard deviation）进行数据的标准化。将A的原始值x使用z-score标准化到x'。 z-score标准化方法适用于属性A的最大值和最小值未知的情况，或有超出取值范围的离群数据的情况。 新数据=（原数据-均值）/标准差 spss默认的标准化方法就是z-score标准化。 用Excel进行z-score标准化的方法：在Excel中没有现成的函数，需要自己分步计算，其实标准化的公式很简单。 步骤如下： 1.求出各变量（指标）的算术平均值（数学期望）xi和标准差si ； 2.进行标准化处理： zij＝（xij－xi）／si 其中：zij为标准化后的变量值；xij为实际变量值。 3.将逆指标前的正负号对调。 标准化后的变量值围绕0上下波动，大于0说明高于平均水平，小于0说明低于平均水平。 三、Decimal scaling小数定标标准化
技术指标参数及要求 货物名称技术指标参数及要求数量备注 1 软件1应用范围（或用途）：。 2配置（或系统组成） 2.1 软件1套 3 技术指标 *3.1 软件必须是国际通用、技术成熟的商用软件，所有功能模 块为原厂商开发并整合在统一的软件图形界面下使用。 *3.2 软件必须为标准“客户端 - 服务器”结构，两端可同时支 持Windows和Linux操作系统，所有模块都支持工作流技术。 *3.3 所有模块必须能实现数据共享，同时能够在局域网上浮动 运行。为保证全部软硬件系统的安全性、可维护性和保密 性，所有模块在运行时只允许使用一个许可证加密文件。 3.4 软件为永久使用权，首次安装须一次性提供大于80年的许 可加密文件，自安装之日起提供为期壹年的软件免费升级。 *3.5 提供核心基础模块包，实现基本的分子结构显示、分子构 建、结果分析、Perl编程、任务管理等工具，基于Pipeline Pilot技术实现软件所有模块之间的无缝操作链接流程。核 心基础模块包主要功能包括： *3.5.1 Standalone：可视化界面，服务器/客户端安装在 同一台机器上，提供化学/生物学数据显示、模拟/分析、 构建三维分子、展示动态变化、三维作图及许多其它功能。 提供该模块1个使用许可。 *3.5.2 CHARMm：来自Harvard大学Dr. Martin Kaplus的 经典的分子力学和动力学模拟工具，要求商业版本且与上 述可视化界面完美结合、通过Standalone可视化界面或者 命令行两种方式提交并完成计算任务，包括基于CHARMm 力 场的柔性对接工具CDOCKER。提供该模块1个使用许可。 *3.5.3 Biopolymer：蛋白质、肽类和核酸结构搭建、修 改和分析的工具，包括著名的静电分布计算工具DelPhi以 及基本的X-Ray工具。提供该模块1个使用许可。 *3.5.4 Protein Refine：针对MODELER的模建结果，基于 CHARMm 进行蛋白质氨基酸侧链和loop区的优化，提高模建 结果的合理性。提供该模块1个使用许可。 3.5.5 Analysis：动力学计算结果图形分析工具，能够分 析和显示蛋白质、蛋白质与配体复合物的分子动力学轨迹 文件。提供该模块1个使用许可。 3.5.6 Catalyst Score：化合物和药效团叠合并打分，为 结构修饰和改造提供信息。提供该模块个使用许可。 3.5.7 Catalyst Conformation：多样、完全且快速的构 想模型生成工具，可产生化合物的多构象模型，可选择采 用Polling或CAESAR算法，也可采用系统搜索或随机方法生 成构象。提供该模块1个使用许可。 3.5.8 QUANTUMm：QM/MM计算工具，结合CHARMm 和DMol3的 功能完成受体-配体结合能计算。提供该模块1个使用许可。 1 / 3
氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括：分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽频的光吸收和非线性光学性质, 以及室温下的量子霍尔效应等。常温
获奖者2010年10月5日，2010年诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的研究。 PPT1安德烈·海姆，1958年10月出生于俄罗斯，拥有荷兰国籍，父母为德国人。1987 年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位。他于2001年加入曼彻斯特大学，现任物理学 教授和纳米科技中心主任。之前拥有此荣誉头衔的人包括卢瑟福爵士，卢瑟福于1907-1919年在曼 彻斯特大学工作。 他至今发表了超过150篇的文章，其中有发表在自然和科学杂志上的。他获得的奖项包括2007 年的Mott Prize和2008年的Europhysics Prize。2010年成为皇家学会350周年纪念荣誉研究教授。 在2000年他还获得“搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。10年 后的2010年他获得诺贝尔物理学奖。 2010年医学奖：荷兰的两位科学家发现哮喘症可用过山车治疗。 和平奖：英国研究人员证实诅咒可以减轻疼痛。 PPT2康斯坦丁·诺沃肖洛夫，1974年出生于俄罗斯，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。是安德烈·海姆的博士生。 曼彻斯特大学目前任教的诺贝尔奖得主人数增加到4名，获得诺贝尔奖的历史总人数为25位。发现 石墨属于混晶，为片层结构，层内由共价键相连，层间由分子间作用力相连。共价键是比较牢固的，但分子间作用力（范德华力）小得多。因此，石墨的单层是牢固的，而层间作用力很小，极易脱落。 2004年，他们发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。 结构
技术参数指标 : 1.全自动生化分析仪: (1)、仪器系统：原装进口全自动生化分析仪，生化比色检测速度≥320测试/小时； (2)、试剂系统：试剂全开放，仪器所有生化检测通道均可同时满足使用国产和进口试剂； (3)、进样方式：圆盘式进样，一次性装载样本≥100个； (4)、仪器基本性能：样品最小加样量≤1.5微升，加样精度0.1微升步进；试剂针最小吸取量≤5微升，精度1微升步进； (5)、最小生化试剂反应量≤100微升，最大生化试剂添加数≥3种； (6)、最大生化比色反应时间≥10分钟； (7)、可同时检测双试剂生化项目≥40项； (8)、温控精度：反应系统水浴恒温，温控精度达到37℃±0.1℃； (9)、样品针堵塞检测功能：样品针采用压力变化检测血凝块和纤维丝堵塞；(10)、反应杯：UV塑料比色杯； (11)、搅拌装置：所有生化比色反应采用非接触式超声波搅拌功能； (12)、急诊功能：具有急诊位，随时加入优先检验； (13)、前稀释功能：仪器必须同时具有样品和校准品的前稀释功能； (14)、仪器具有全反应过程检测功能及反应曲线测试、探针防撞和防震的保护功能、异常标本自动复检功能，能连接中文计算机，并可直接出中文报告； (15)、分光系统：凹面蚀刻后分光系统、吸光度范围0-3.0；波长范围340- 800nm；(16)、远程服务功能：仪器必须具有并免费开放远程服务功能；
(17)、样本条形码扫描功能：仪器必须具有样本条形码扫描功能； (18)、售后服务： (18.1)、安装调试及保修：厂方在本地有常驻工程师，仪器免费上门安装及现场培训（包括仪器的基本原理、操作应用及仪器的维护保养知识），保修期是从仪器验收后12个月或发货后15个月（以先到日期为准）。接到用户维修仪器邀请后，在48小时内给予应答。 (18.2)、认证：该系统可由专业服务工程师采用经过校准的仪器以及验证工作手册为用户提供验证服务支持。 2、超纯水机： (1)、应用范围：系统以自来水为进水，同时连续生产用于玻璃器皿的最后冲洗、化学/生化试剂配制、分析试剂及药品配制、稀释等的分析级纯水（II级水）和用于细胞培养、Q-PCR、肽谱分析等生物工程实验所需超纯水及高精密分析设备(AAS,IC,HPLC,LC,GC-MS等)配液所需超纯水（I级水）。 (2)、供货要求： (2.1)、仪器类型：纯水/超纯水一体化智能系统； (2.2)、数量：一套 (3)、技术指标： (3.1)、仪器工作环境: (3.1.1)、电源:AC220V±10%, 50Hz (3.1.2)、温度：5-35℃ (3.1.3)、相对湿度：20%-80% (3.2)、系统总体组成：系统包括一台主机、两个独立取水器（分别取纯水和超纯水）、全自动水箱、以及必需的耗材等
石墨烯制备方法研究 具有优良的力学、电学、热学及电子学性质的石墨烯，近些年来成为研究的热点。简单介绍了石墨烯制备的主要方法，包括微机械分离法、化学插层法、加热SiC法及气相沉积法。 标签：石墨烯；制备方法 0 引言 自2004年Novoselov，K. S.等使用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离观测到石墨烯以来，碳元素同素异形体又增加了新的一员，其独特的性能和优良的性质引起了研究人员的极大关注，掀起了一波石墨烯的研究高潮。 石墨烯又称单层石墨，是只有一个C原子层厚度的石墨，是构建其他碳质材料的结构单元。通过SP2杂化成键，碳原子与周围三个碳原子以C-C单键相连，同时每个碳原子中未成键的一个π电子形成与平面垂直的π轨道。结构决定性质，石墨烯具有强度很大的C-C键，因此其具有极高的强度（其强度为130GPa，而无缺陷的石墨烯结构的断裂强度是42N/m）。而其可自由移动的π电子又赋予了石墨烯超强的导电性（石墨烯中电子的典型传导速率为8×105m/s）。同时，石墨烯还具有一系列奇特的电子特性，如反常的量子霍尔效应，零带隙的半导体以及电子在单层石墨片层内的定域化现象等。 规模化制备大批量石墨烯是石墨烯材料应用的第一步，已成为当前研究的重点。按照石墨烯的制备途径，可以将其制备方法分为两类：自上而下制备以及自下而上制备。顾名思义，简单地说自上而下途径是从石墨中获得石墨烯的方法，主要依靠物理过程处理石墨使其分层来得到石墨烯。自下而上途径是从碳的化合物中断裂化学键生长石墨烯的方法，主要依靠加热等手段使含碳化合物分解从而生长石墨烯。 1 自上而下制备石墨烯途径 自上而下途径是从石墨出发（又可称之为石墨途径），用物理手段如机械力、超声波、热应力等破坏石墨层与层之间的范德华力来制备单层石墨的方法。根据石墨处理方法的不同，又可细分为机械剥离法和化学插层法。前者是直接使用机械方法将石墨分层来获得石墨烯的方法。后者则是将石墨先用化学插层剂处理转换为容易分层的形式如石墨插层化合物，然后再对其处理来获得石墨烯。 这类方法的优点是原料来源广泛，制备操作较为简单，制备一般不需高温，对设备要求不是很高，但是这类方法是通过石墨分层得到的，得到的单层石墨混在石墨片层中，其分离比较困难，而且生成的石墨烯尺寸不可控。 1.1 机械剥离法
3.2.2指标数据的标准化方法 (1)正向指标的标准化 正向指标指数值越大表明经济状况越好的指标。设：x ij –第i 个评价地区第j 个指标的隶属度,v ij –第i 个评价地区第j 个指标的值,m –被评价地区的个数。根据正向指标的打分公式[19]，则x ij 为 111min()max()min()ij ij i m ij ij ij i m i m v v x v v ≤≤≤≤≤≤?=? (1) (2)负向指标的标准化 负向指标指数值越小表明经济状况越好的指标。设：x ij –第i 个评价地区第j 个指标的隶属度，v ij –第i 个评价地区第j 个指标的值，m –被评价地区的个数。根据负向指标的打分公式[19]，则x ij 为 111max()max()min()ij ij i m ij ij ij i m i m v v x v v ≤≤≤≤≤≤?=? (2) (3)适中指标的标准化 适中指标指越接近某一个规定的值越好的指标。设：x ki –第i 个被评价年第k 个指标规范化处理后的值； q –第i 个被评价年第k 个指标理想值；V ki –第i 个被评价年第k 个指标的值。 根据适中指标的打分公式[19]，则x ki 为 11111,max(min(),max())1max(min(),max())1,ki ki ki ki i n i n ki ki ki ki ki i n i n ki q V V q q V V q V q ,x V q V V q V q ≤≤≤≤≤≤≤≤????????=??? q (3) (4)最佳区间型指标的标准化 最佳区间型指标指数值在某一个特定区间内都是合理的指标。设：x ij –第i 个评价地区第j 个指标的隶属度；v ij –第i 个评价地区第j 个指标的值；m –被评价地区的个数。 根据最佳区间型指标的打分公式[19]，则x ij 为 111211*********,max(min(),max())1max(min(),max())1,ij ij ij ij i m i m ij ij ij ij ij i m i m ij q v v q q v v q v q v q x q v v q q v q ≤≤≤≤≤≤≤≤???=???????,≤≤? (4) 其中，q 1–指标最佳区间左边界；v ij –第i 个评价地区第j 个指标的值；q 2–指标最佳区间右边界。
在数据分析之前，我们通常需要先将数据标准化（normalization），利用标准化后的数据进行数据分析。数据标准化也就是统计数据的指数化。数据标准化处理主要包括数据同趋化处理和无量纲化处理两个方面。数据同趋化处理主要解决不同性质数据问题，对不同性质指标直接加总不能正确反映不同作用力的综合结果，须先考虑改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化，再加总才能得出正确结果。数据无量纲化处理主要解决数据的可比性。数据标准化的方法有很多种，常用的有“最小—最大标准化”、“Z-score标准化”和“按小数定标标准化”等。经过上述标准化处理，原始数据均转换为无量纲化指标测评值，即各指标值都处于同一个数量级别上，可以进行综合测评分析。 一、Min-max 标准化 min-max标准化方法是对原始数据进行线性变换。设minA和maxA分别为属性A的最小值和最大值，将A的一个原始值x通过min-max标准化映射成在区间[0,1]中的值x'，其公式为： 新数据=（原数据-极小值）/（极大值-极小值） 二、z-score 标准化 这种方法基于原始数据的均值（mean）和标准差（standard deviation）进行数据的标准化。将A的原始值x使用z-score标准化到x'。 z-score标准化方法适用于属性A的最大值和最小值未知的情况，或有超出取值范围的离群数据的情况。 新数据=（原数据-均值）/标准差 spss默认的标准化方法就是z-score标准化。 用Excel进行z-score标准化的方法：在Excel中没有现成的函数，需要自己分步计算，其实标准化的公式很简单。 步骤如下： 1.求出各变量（指标）的算术平均值（数学期望）xi和标准差si ； 2.进行标准化处理： zij＝（xij－xi）／si 其中：zij为标准化后的变量值；xij为实际变量值。 3.将逆指标前的正负号对调。 标准化后的变量值围绕0上下波动，大于0说明高于平均水平，小于0说明低于平均水平。 三、Decimal scaling小数定标标准化 这种方法通过移动数据的小数点位置来进行标准化。小数点移动多少位取决于属性A
石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯，验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下：首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上， 再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。
1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质，利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中，然后冷却至850°C，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”，“孤岛”逐渐长大，最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后，第二层开始生长，底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用，第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离，只剩下弱电耦合，这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中，超声1h后单层石墨烯的产率为1%，而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明，当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时，溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量，能够较好地剥离石墨烯
石墨烯纤维纱的性能及其应用 石墨烯的发现 石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电性能最强的新型纳米材料，从2004年石墨烯在实验室被正式制备以来，受到全球广泛关注，被誉为“新材料之王”。在国内，相关技术人员通过打开分子链，嵌入金属模板，利用高科技高温煅烧这一航天技术，成功从玉米芯纤维素中研制出生物质石墨烯，全球首创，成为2016年纤维新秀。 用石墨烯纤维面料的独特功效 1、体温即可激发的远红外 石墨烯特有人体体温激发远红外功能，促进血液微循环，加速新陈代谢，有效放松肌肉缓解疲劳，用石墨烯纤维面料制作贴身衣物，亲肤能改善血液微循环，缓解慢性疼痛，有效改善人体亚健康。 2、抗菌抑菌 石墨烯纤维特有抗菌抑菌功能，有效抑制真菌的滋生，抑菌除臭功能显著。 3、吸湿透气 石墨烯纤维同时具有祛湿透气功能，能持久保持肌肤干爽，透气舒适，有效保护私处健康。 4、抗静电 天然抗静电功能，让穿着更舒适。 5、防紫外线 石墨烯纤维同时具防紫外线功能，无论制作贴身衣物还是外穿时装，功能同样出众。
石墨烯纤维的应用范围 、墨烯内暖纤维石墨烯内暖纤维是由生物质石墨烯与各类纤维复合而成的一种智能多功能纤维新材料，具备超越国际先进水平的低温远红外功能，集防静电等作用于一身。 石墨烯内暖纤维长丝、短纤规格齐全，短纤可与棉毛丝麻等纤维以及涤纶腈纶等其他各种纤维等其他各种纤维搭配混纺，长丝可与各种纤维交织，制备不同功能需求的纱线面料。 在纺织领域，可以制成袜类、婴幼服饰、家居面料、户外服装等。石墨烯内暖纤维的用途服装领域，还可以应用于车辆内饰、美容卫材、摩擦材料、过滤材料等。 墨烯内暖绒材料石墨烯内暖绒是由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝生产而成。该技术既充分利用了可的低成本生物质资源，又将生物质石墨烯的功能充分展现到纤维中，获得了高性能、高附加值的新型纺织材料。石墨烯内暖绒材料具有远红外升温、保暖透气、抗静电等多功能特性，作为填充材料应用于棉被、羽绒服等，对提升纺织工业创新能力和推动高附加值产品开发具有重大意义和市场价值。
数据的标准化 数据的标准化（normalization）是将数据按比例缩放，使之落入一个小的特定区间。在某些比较和评价的指标处理中经常会用到，去除数据的单位限制，将其转化为无量纲的纯数值，便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权。其中最典型的就是数据的归一化处理，即将数据统一映射到[0,1]区间上，常见的数据归一化的方法有：min-max标准化(Min-max normalization)也叫离差标准化，是对原始数据的线性变换，使结果落到[0,1]区间，转换函数如下：其中max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值。这种方法有一个缺陷就是当有新数据加入时，可能导致max和min的变化，需要重新定义。log函数转换通过以10为底的log函数转换的方法同样可以实现归一下，具体方法如下：看了下网上很多介绍都是x*=log10(x)，其实是有问题的，这个结果并非一定落到[0,1]区间上，应该还要除以log10(max)，max为样本数据最大值，并且所有的数据都要大于等于1。atan 函数转换用反正切函数也可以实现数据的归一化：使用这个方法需要注意的是如果想映射的区间为[0,1]，则数据都应该大于等于0，小于0的数据将被映射到[-1,0]区间上。而并非所有数据标准化的结果都映射到[0,1]区间上，其中最常见的标准化方法就是Z标准化，也是SPSS中最为常用的标准化方法：z-score 标准化(zero-mean normalization)也叫标准差标准化，经过处理的数据符合标准正态分布，即均值为0，标准差为1，其转化函数为：其中μ为所有样本数据的均值，σ为所有样本数据的标准差。 z-score 标准化 用zscore，标准化的目的是：使得平均值为0，标准差为1，这样可以使不同量纲的数据放在一个矩阵. >> A=magic(4) A = 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 1 5 1 >> [Z,MU,SIGMA] = zscore(A) Z = 1.3770 -1.2509 -1.0585 0.8262 -0.6426 0.4811 0.2887 -0.0918
石墨烯 世界2010年最大的科学笑话？ 是“石墨薄片”获2010世界诺贝尔物理学奖? 获奖理由是说：获奖科学家用小学生使用的铅笔，在纸上涂抹下铅笔芯中的石墨粉，再用胶粘纸，进行反复粘贴，石墨粉变薄，而能创造出天下奇迹。也就是石墨粉越薄，强度越大，强得能超过钢铁100倍？越薄越能耐高温？越薄越有超导电性？而没有任何事实根据支持，竟然获奖。 “石墨薄片”获奖，被推荐和评选为2010世界最大笑的理由是：因为在宇宙间，在世界上找不到，永远也找不到，物质越薄，强度越大，越能耐高温，电阻越小的物质和事实存在,诺贝尔奖又是世界上的大事。而宇宙间有数不尽的大自然机器早已作了上百亿年的试验，证据事实数据堆山塞海。人类也进行了数不尽的物质材料验证实验，事实证据也无处不在。无不说明在地球上，人世间绝对没有，物质越薄强度越大……的物质和事实存在。难道宇宙和人类早已进行了千年，万年……. 的辛苦实验，还不如用铅笔在纸上毫无事实根据的胡乱画圈？而世界顶级的科学家们，则对大自然的事实视而不见，就此胡乱的相信和评选.....，还有我们更多无知的吹捧，难道不是天下的大笑话？如果您不相信可以去自作小学生的实验，去看一看变相批评瑞典皇家科学院，2010年物理学评审委员会的建议文章，就会更明白。当
然还有在自由的环境下，用“石墨诺贝尔笑话奖”这个题目就能看到成千上万的科学精英们，对此问题是怎么说的？又是怎么样去看？
科学家将石墨烯聚光能力提高20倍 据美国物理学家组织网8月30日报道，英国科学家表示，他们对石墨烯的最新研究表明，让石墨烯与金属纳米结构结合可将石墨烯的聚光能力提高20倍，改进后的石墨烯设备有望在未来的高速光子通讯中用作光敏器，让速度为现在几十倍的超高速互联网成为现实。相关研究发表于《自然—通讯》杂志上。 2010年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃谢洛夫因在石墨烯研究领域的突出贡献而荣膺诺贝尔奖。现在，他们和剑桥大学科学家做出了这项最新发现，为提高互联网和其他通讯设施的速度铺平了道路。 此前科学家们就发现，将两根紧密排列的金属丝放在石墨烯上方，用光照射于其上会产生电力，这个简单的设备其实是一个基本的太阳能电池。更重要的是，因为石墨烯内的电子拥有高流动性和高速度等独特属性，石墨烯设备处理数据的速度可能是目前最快的互联网光缆的几十倍甚至几百倍。 然而，迄今为止，这些极富应用潜力的设备在实用过程中一直遭遇聚光效率低下这一瓶颈，石墨烯只能吸收照射于其上的3%的光线来产生电力，其余光线全成了“漏网之鱼”。
编写技术指标参数要求： 一、仪器设备名称要准确，名称一律用中文表示，且不能含品牌等内容（如联想计算机）。 二、技术指标参数中不得指定货物品牌或供应商，不得制定指向特定产品的技术规格，不得含有不 合理的限制条件（应遵守政府招标采购条例第二十条之规定）。 三、技术指标参数须具有共性，技术指标参数应是范围值，一般情况下不可设为固定值（特殊情况例外）。所写技术指标参数应满足三家以上的产 品。 四、对技术指标参数的描述不应用夸张、模糊、广告语言等词汇。 五、一般情况下单台仪器设备可标注1-2个星号，复杂成套系统仪器设备可标注1-4个星号以示其是重要指标。 六、具体技术指标参数必须用中文或数字，专用英文词汇或英文缩写必须同时用中文注解，并以中文注解为准。 七、软、硬件均包含的系统仪器，技术指标参数应分别编写。 八、技术指标参数及要求编写顺序： 1.所购仪器设备的使用用途、范围及要求。 2.配置（或系统组成） 3.各项配置（或系统组成）的技术指标参数 4.附件、特殊工具、备用配件及消耗品 5.单价在40万以上或对培训有特殊要求的应另附培训协议项目 6.技术服务 7.质量保证期 8.售后服务要求 9.其他 注：以上项目若已在货物需求总要求中做出了相应规定的，则在此处可以不写。 九、招标时需要提供样品展示的货物，应特别提出。 附：政府招标采购条例 第二十条采购人或者采购代理机构有下列情形之一的，属于以不合理的条件对供应商实行差别待遇或者歧视待遇：
（一）就同一采购项目向供应商提供有差别的项目信息； （二）设定的资格、技术、商务条件与采购项目的具体特点和实际需要不相适应或者与合同履行无关；（三）采购需求中的技术、服务等要求指向特定供应商、特定产品； （四）以特定行政区域或者特定行业的业绩、奖项作为加分条件或者中标、成交条件； （五）对供应商采取不同的资格审查或者评审标准； （六）限定或者指定特定的专利、商标、品牌或者供应商； （七）非法限定供应商的所有制形式、组织形式或者所在地； （八）以其他不合理条件限制或者排斥潜在供应商。 项目仪器设备货物需求一览表
北京化工大学本科生毕业论文
题目石墨烯薄膜制备方法研究 诚信申明 本人声明： 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究生成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其他教育机构的学位或证书而是用过的材料，其他同志对研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。本科生签名：日期：年月日
本科生毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：石墨烯薄膜制备方法研究 学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工0805 学生：艾东东指导教师（含职称）：元炯亮副教授专业负责人：刘晓林 1．设计（论文）的主要任务及目标 主要任务：（1）利用Hummers法制备氧化石墨； （2）利用电化学还原法制备石墨烯。 主要目标：配置一定浓度的氧化石墨溶液，导电玻璃作为基底，将氧化石墨溶液涂于导电玻璃表面，在恒电压下还原氧化石墨，制得薄层石墨烯。 2．设计（论文）的基本要求和内容 了解石墨烯国内外的研究现状和发展趋势，以及有关石墨烯的一些制备方法和表征手段，掌握基本的实验操作技能，学会分析实验结果。毕业论文完成后应具备独立进行研究的能力。 3．主要参考文献 [1] 朱宏伟，徐志平，谢丹等.石墨烯-结构、制备方法与性能表征[M].北京：清华大学出版社，2011:36～45 [2]郭鹏.石墨烯的制备、组装及应用研究[D],北京：北京化工大学，2010 [3] Hummers W S, Offeman R E, Preparation of graphite oxide[J].J Am Chem Soc, 1958,80(6):1339 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 前期文献查阅并准备开题2012.2.15～2012.2.29 2 进行相关实验，处理实验数据，分析结果2012.3.1～2012.5.1 3 总结实验结果，编写实验论文2012.5.1～2012.5.20 4 完善毕业论文，进行相关的修改2012.5.20～2012.5.30 5 准备毕业答辩及毕业相关的工作2012.5.30～2012.6.5
ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 《材料物理》期末论文 石墨烯的性能及应用 学院名称：数理学院 专业班级：应用物理学11-1班 学生姓名：邢俊俊 学号： 201111020026 2014年6月
石墨烯的性能及应用 摘要：石墨烯其貌不扬，其微片看上去就好像是棉花一样的黑色絮状物，可它为什么如此受追捧？答案其实并不复杂。因为它太轻薄了，只有一个原子厚度，却又非常坚硬。除此之外，它还拥有优秀的导热性、极低的电阻率。在轻薄坚固的同时，它还几乎是完全透明的。这些特性让研究者们能够创造出无限的可能性，无怪乎石墨烯横空出世之时业界震惊。 关键词：石墨烯、新材料、物质、科技 Abstract:Graphene does not seem good, its microchip looks like black cotton floc, but why it can be so popular these days? The answer is not complicated. Because it is so thin and only has one atom thick, it is very hard, however. In addition, it has excellent thermal conductivity and low resistivity. It is in strong light while almost completely transparent. These features allow the researchers are able to create infinite possibilities, no wonder when the industry turned out of graphene shocked. Key words: Graphene, new materials, substances, Technology 1、前言： 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆(Andre Geim)和康斯坦丁?诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸
技术指标和技术参数： 一、差动继电器 DCD-2型（BCH-2）技术要求 1. 额定值（输入激励量） a. 交流电流频率50Hz； b. 交流额定电流5A。 2. 动作值 无直流分量时，继电器的动作安匝AW0 =60±4。 3. 电流整定有效范围 当继电器用于保护三绕组电力变压器时，其动作电流可在3A～12A的范围内进行整定 (AW0 = 60)。 当用于保护两绕组电力变压器或交流发电机时，其动作电流可以在1.55A～12A的范围内进行整定。 4. 动作特性 继电器直流助磁特性ε= f (k)可以用改变短路绕组匝数的方法进行分阶调整。 5. 可靠系数 5倍动作电流时的可靠系数不小于1.35。 2倍动作电流时的可靠系数不小于1.2。 6. 动作时间 三倍动作电流时，继电器的动作时间不大于0 .035s。 二、电流继电器技术要求 DL-30系列交流继电器，其中电流1.5A~6A ,需要4个；2.5~10A需要3个； 其返回系数不小于0.8，额定频率50或60Hz，动作值极限误差不超过±6％，动作值一致性不超过5%，温度变化引起的变差不超过±5%。 三、中间继电器技术要求 1、绕组类型： DZJ-204系列继电器是一个电流工作绕组 2、额定电压： 继电器工作绕组额定电压为：380V。 3、动作值、返回值： 当周围介质温度为±20℃±5℃时，继电器动作电压不大于70%额定电压，返回值不小于5%额定电压。电流型动作电流不大于0.8额定电流，或按要求不大于额定电流。 4、动作时间、返回时间： 在额定值下继电器的动作时间不大于0.045秒。返回时间不大于0.04秒。 四、时间继电器技术要求 额定电压：DC 220V 动作值：直流电压不大于75％额定值；交流电压不大于85％额定值 返回值：不小于5％额定电压 五、信号继电器 1、继电器工作绕组额定值为：220
一．文献综述 随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。1924年 确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯；1991年发现了碳纳米管；2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯 家族中又一纳米级功能性材料，它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现，其已 成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。 制备石墨烯的方法有很多种，如外延生长法，氧化石墨还原法，CVD法， 剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。在本文中主要介绍氧化石墨还原法。 除此之外，还对其的一些性能进行表征。 二．石墨烯材料 2.1石墨烯材料的结构和特征 石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层 碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。 ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合 材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。近日,某科技日报称,mM的 研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。石 墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。石墨烯的表面积很大,McAlliste: 等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的 2倍多,可用于水净化系统。