《石墨烯材料》PPT课件
- 格式：ppt
- 大小：18.62 MB
- 文档页数：112
下载文档原格式
合集下载
石墨烯简介PPT课件
精选
17
应用与性能的关系
E
Relation between application and performance
精选
应用与性能的关系
精选
20
应用与性能的关系
透明度大
透明电极
电导率高
触控屏幕
比表面积大
太阳能电池
力学性能好 导热系数大
晶体管 复合材料
电子迁移率高
锂离子电池
精选
21
应用与性能的关系
高温 加热
氧
渗碳
化
脱氢
剥
剥
离
离
快速
还
冷却
原
精选
7
石墨烯制备方法
石墨烯粉末及 氧化石墨产品
公司石墨烯 薄膜产品
精选
8
表征方法 Characterization Method
D
精选
石墨烯表征方法
石墨烯常见的表征方法：
1 拉曼光谱（ Raman ） 2 扫描电子显微镜（ SEM ） 3 高分辨透射电子显微（ HRTEM ） 4 X射线衍射（ XRD ） 5 原子力显微镜（ AFM ） 6 其它方法
石墨烯的优异性能
精选
19
制备方法 Preparation Method
C
精选
机械剥离法
碳纳米管横向切割法
微波法 电弧放电法 光照还原法 外延生长法
石墨烯制备方法
石墨氧化还原法 电化学还原法
溶剂热法 液相剥离石墨法
碳化硅裂解法 化学气相沉积法
精选
6
化学气相沉积法 氧化还原法
机械剥离法
SiC外延法
石墨烯在诸多应用中扮演了什么样的角色呢？
石墨烯PPT课件
所谓石墨烯，其实就是单层的石墨。
石墨是一种碳单质，由很多层碳元
素叠加而成；当我们从中分离出单
层的石墨片，石墨烯就产生了。虽
然石墨可谓是世界上最柔软的物质
之一，但石墨可比钢铁还要坚硬百
倍！
2020/2/19
3
2010年，两个科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫因为成功制取 了石墨烯而获得了“诺贝尔奖”！
超 强 度
2020/2/19
据说，如果将食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片盖在一 只杯子上，你如果试图要用铅笔戳穿它，那么你需要 一头大象站在铅笔上。
石墨烯按六边形晶格排 列，结构稳定，常被人 误以为它很僵硬，事实 上，石墨烯具有很强的 伸展性，能在受到外力 的情况下变形。这样， 碳原子就不需要重新排 列来适应外力，保证了 其稳定结构，使其比金 刚石还要坚硬，同时可 以来回拉伸。
2020/2/19
10
石墨烯电池
石墨烯的另一个重要的应用就是石墨烯电池了。据说，三星已
经研发出了石墨烯电池!
充电五秒钟，
爆炸半个月！
三星董事长
这种新型的石墨 烯电池，5秒钟 即可给手机充满
点，但足可以使 用半个月！
石墨烯电池，利用了锂离子 在石墨烯表面和电极之间大 量穿梭运动的特性，开发出 的一种新能源电池。石墨烯 电池将促成一个新的革命。
早七（4） 张远洋
2020/2/19
1
石墨烯听起来是一个十分陌生的词汇， 石墨烯到底是什么？它有什么用？为什 么它非常的重要，让我们一起来揭秘吧
2020/2/19
2
分离石墨烯
大家想必都听说过石墨吧，生活中有很多物质都是由石墨构成的，比如：
铅笔
拿破仑曾经说过：“笔比剑更有威 力”，但他万万没有想到，在当今 的技术下，“铅笔”的确有过人的 威力！用铅笔中的碳提取出来的石 墨烯是一种强度超高，甚至超过金 刚石的物质，其“威力”的确巨大 无比。
石墨烯ppt课件
04
缺点
设备成本高，制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中，通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件，如超声 功率、时间、温度等，以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单，成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ，如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等，需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长，石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间，企业需要抓 住机遇，积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合，共同推动产业升级和创新 发展，如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代， 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景，如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等，未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注，如生物传感器、药物载体 、医疗器械等，未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
石墨烯ppt
铜380W/m·k，碳纳米管 3500W/m·k 计算及元件中104m/s 砷化镓中5×105m/s
机械分离法
石
墨
化学气相沉积法（CVD法）
烯
的
氧化还原法
制
备 方
加热SiC法
法
溶剂剥离法
取向附生法
机械分离法
对石墨晶体施加机械力，分离石墨烯
1 HOPG（高定向热解石墨）用胶带粘，层层剥离。
2
臼式研磨仪
工艺的研究已成为热点。
石墨烯的应用
石墨烯晶体管
石墨烯的应用 光子传感器
控制噪声
储氢材料
抗癌
气体传感器
防弹衣，纸片状飞机材料
溶剂剥离法 可制备高质量石墨烯，但是产 率低。
取向附生法 石墨烯薄片厚薄不均，且与基 体的粘结会影响性能。
加热SiC法 产生缺陷，制备单一厚度的石 墨烯有困难，且SiC比较贵。
至今为止还未找到既可以满 足大规模生产，成本又低(石 墨烯的价格现在是钻石的15倍)， 而且生产出的石墨烯质量又
高的方法。因此对石墨烯生产
到1250-1450度恒温1-20min。
SiC外延法
利用硅的高蒸汽压在高与1400的高真空下使硅挥发， 剩余碳重排形成石墨烯。
优
机械分离法 可以制备高质量的石墨烯，但 产率低，无法实现工业化。
缺
CVD法 质量高，但条件要求高，需严
点
格控制温度和压力，不经济。
对 比
氧化还原法 产量高，成本低，可宏量制备， 但是会带来缺陷，影响性能， 造成废液污染。
一维
三维
二维
零维
发现过程
安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫将石墨 分离成小碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄 片，然后用普通的塑料胶带黏住薄片的两侧， 撕开胶带，薄片就一分为二，不断重复，最后 仅剩下一层碳，便得到了石墨烯。并获得2010 诺贝尔物理奖。打破了二维单原子长程有序晶 体在非绝对零度不能存在的观点。
石墨烯结构图 ppt课件
铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望
在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，
电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导
体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。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，石墨烯则不同， 它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻 常的优良特性。
ppt课件
11
石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
ppt课件
9
石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，
电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导
体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。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，石墨烯则不同， 它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻 常的优良特性。
ppt课件
11
石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
ppt课件
9
石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
石墨烯简介ppt
当时，他们发现能用一种非常简单的方法得到越来越薄 的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两 面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为 二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到 了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
石墨烯科普PPT课件
第27页/共29页
Thank you!
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
第10页/共29页
石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
第11页/共29页
石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
第13页/共29页
石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压 力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出 厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石 墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。 换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大 约两吨重的物品。
施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使 碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构 稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导 电性。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达 到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中 的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石
Thank you!
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
第10页/共29页
石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
第11页/共29页
石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
第13页/共29页
石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压 力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出 厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石 墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。 换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大 约两吨重的物品。
施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使 碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构 稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导 电性。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达 到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中 的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石
石墨烯PPT课件
富勒烯（左）和碳纳米管（中）都可以看作是由单层的石墨烯通过某种方式卷成的， 而石墨（右）是由多层石墨烯通过范德华力的联系堆叠成的
机械特性
石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强 度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物 理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程 中，他们选取了一些之间在10—20微米的石墨烯微粒作为研 究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被 钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。 之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨 烯施加压力，以测试它们的承受能力。
电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14纳米
发展简史
石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯 特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发 现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。 他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特 殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这 样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳 原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新 方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入 工业化生产的领域已为时不远了。
中国科学院物理研究所利用含碳的钌单晶在超高真空环境下经高温 退火处理可以使碳元素向晶体表面偏析形成外延单层石墨烯薄膜加热 NhomakorabeaSiC法
该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上 分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理 得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用 俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热 使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形 成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控 地制备出单层或是多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制 备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
环境材料-石墨烯-PPT模版
LOGO
LOGO
石墨烯利用前景
Other Uses
涂料
海水淡化 抗菌效用 多孔材料 物理研究
石墨烯基涂料可用于导电油墨，抗静电，电磁 干扰屏蔽，和气体阻隔的应用 石墨烯过滤器远优于其它海水淡化技术，与水分 子分解发电技术结合，水、电可成为廉价产品 石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效， 而且不会伤害到人体细胞
当石墨烯被释放到地表水中时，它 的硬度会增大，吸附的的有机材料 也更少，它很快就会变得不稳定， 既不能发生沉淀，也不能随水的流 动而被带走。
LOGO
【参考文献】
The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map for Graphene. K S Novoselov et al. Nature 490, 192200 (2012) The Transportation and Stability of Graphene Oxide Nanoparticles in Ground Water and Surface nphere. Environmental Engineering Science,2014
LOGO
石墨烯制备及产业化
机械分离 机械分离（Mechanical exfoliation）：最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片 从较大的晶体上剪裁下来，如用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦， 体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。产 率低、仅供实验研究。 氧化还原法 氧化还原（Oxidation-reduction）：将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化 石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，然后加入还原剂去除氧 化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。宏量制备产生废液污 染、石墨烯品质不高存在缺陷。 取向附生法 取向附生（Epitaxy）：让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却到850℃，之前吸收 的大量碳原子就会“浮”到钌表面，镜片形状的单层碳原子“ 孤岛” 布满整个基质表面， 最终生长成完整的一层石墨烯。成本高、厚度不均匀。
石墨烯-最终版PPT课件
.
14
小结
这种方法生长石墨烯是最有可能实现C 基集成 电路的有效途径之一。但单晶SiC的价格昂贵，石墨 烯的制作成本非常高，生长条件苛刻，目前还难以实 现大面积制备。
在可控制备及性能研究上存在着以下问题： 外延石墨烯的可控生长机制有待进一步深入研究， 其生长的可控性(层数、晶畴大小、大面积均匀一致 性)有待进一步增强。
机械剥离法 化学气相沉积法（CVD） 表面外延生长法 氧化石墨还原法 ……
.
6
利用机械力将石墨烯片从高度定向热解石墨表面剥离开来 的制备方法。Geim等就是采用微机械剥离法得到了石墨 烯，并进行了表征 ，他们将薄片的两面粘在一种特殊的胶 带上，通过撕开胶带将石墨烯剥离开，制备的石墨烯片最 大宽度可以达到10um以上。目前，该法仍是制备石墨烯 最简单直接的方法。
.
4
石墨烯的性质
极高的载流 子迁移率， 常温下超过 15000 cm2/V·s
世界上电 阻率最小 的材料
——多才多艺
极高的强度，理论 弹性模量1000GPa、 拉伸强度125GPa
石墨烯
良好的透光性， 单层只吸收 2.3%的光
较大的比表 面积 2600m2/g
导热系数高达
5300W/m·K
.
5
石墨烯的制备
表面外延生长法 机械剥离法
化学气相沉积法
氧化石墨还原法
.
19
表面外延生长法
表面外延生长法是渗碳原 理的进一步推广，提高了 石墨烯的晶体完整度，但 该法的成本比前面两种方 法更高。
氧化石墨还 原法
机械剥离法
表面外延生长法
化学气相沉积法
.
20
其他方法如有机合成法、 直接超声剥离法甚至生物 还原法等都提供了可供借 鉴的思路。将不同的方法 结合起来也有一定的前景。
石墨烯-PPT
4，电子的相互作用
石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格 间均存在着强烈的相互作用。 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相 互作用强烈，而且电子和电子之间也有很 强的相互作用。
5、其它特殊性质 ① 石墨烯具有明显的二维电子特性。 ② 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 ③ 石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描 述比薛定谔方程更 ④ 好可控渗透性 ⑤ 离子导电体各向异性 ⑥ 超电容性 ………………
实现人类梦想
Dreams： Dreams：对于强度比世界上最好的钢铁还要高 上百倍的石墨烯，如果能加以利用， 上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以造 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 23000英里长伸入太空的电梯 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 400 鼓励科学家们进行这种电梯的开发
二、石墨烯材料的制备
1、机械剥离法 通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。 加热SiC SiC法 2、加热SiC法 通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。Berger 等人已经能可控地制备出单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能是 未来大量制备石墨烯的主要方法之一。 3、热膨胀法 4、化学法
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬 力学性质——比钻石还要硬 ——
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前， 数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 55 压力才能使1米长的石墨烯断裂。 压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100 100纳 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 石墨烯， 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋， 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它 将能承受大约两吨重的物品。 将能承受大约两吨重的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度， 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上， 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。 样厚度的单层石墨烯。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（3）光学显微镜 ACS Nano, 2008, 2 (8), pp 1625– 1633
总色差方法辨别石墨烯层数
X 0.489989 0.310008 0.20R
Y
0.176962
0.812400
0.01G
Z 0.000000 0.010000 0.99B
彩色图像-----RGB值-----XYZ-----TCD
石墨烯材料
碳的成键形式
石墨烯的组成与结构
石墨简介
石墨（graphite）是一种结晶形碳。六方晶系, 为铁墨色至深灰色。密度2.25克/厘米3,硬度 1.5,熔点3652℃,沸点4827℃。质软,有滑腻感, 可导电。
化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、碱等不易 反应。在空气或氧气中加强热,可燃烧并生成二 氧化碳。强氧化剂会将它氧化成有机酸。
石墨烯的性质
光学性质
根据理论推导，石墨烯会吸收2.3%的白光；
实验证实这结果正确无误，石墨烯的不透
明度为2.3%，与光波波长无关。由于它几
乎全部是透明的，但又十分密集，甚至是
氦也难以穿过它。石墨烯凭借其很高的导
电性和透光性，还可用于透明电极、触摸
屏、液晶显示、有机光伏电池以及超级电 容器等领域。
Photograph of graphene in transmitted light. This one-atom-thick crystal can be seen with the naked eye because it absorbs approximately 2.3% of white light.
(5)可塑性：石墨的韧性很好，可碾成很薄的薄片。 (6)抗热震性：石墨在高温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏
1564 –hene is isolated by A. Geim and collaborators
Andre Geim
198 5
石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
石墨烯能带结构
石墨烯层数的表征方法
（1）扫描隧道显微镜（STM）
具有很高的空间分辨率，横向为 0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。
单层石墨烯厚度只有0.335nm
（2）原子力显微镜表征
原子力显微镜的分辨能力：纵向分辨率0.01nm，横向分辨率 1nm；但分辨率易受环境干扰且对操作人员技术要求苛刻； 原则上原子力显微镜可用于直接表征石墨烯的厚度和层数。 石墨烯附着在基片上，基底与石墨烯片层之间的间隔以及 AFM针尖和仪器带来的误差，使得单层石墨高度约为0.8 nm， 双层石墨高度则约为1.2 nm。
circular wells (diameters 1.5 μm*1μm, depth 500 nm)
基底表面阵列孔洞的加工方法
纳米压印
反应离子刻蚀
轻质特性
单原子层厚度使得石墨烯非常轻。考虑到石墨烯上的每个六角形 蜂窝的面积是0.052平方纳米，相应地一平方米上有两千亿亿个。 而碳原子大约是六角形的二倍。这样算出来的结过是，一平米的 石墨烯的重量是0.77毫克。
力学性质
石墨烯是至今测量过的强度最大的材料，比结构钢的强度要 高200倍。这就好比需要让一头大象站在一支铅笔上，才能突破一 张保鲜膜厚度的石墨烯薄层。
石墨烯虽然很结实，但是其柔韧性特别好，可以随意弯曲、 折叠或象卷轴一样卷起来。石墨烯中碳原子的之间的连接非常柔 韧，当施加外部应力时，碳原子面就弯曲变形，碳原子不必重新 排列来适应外力，因而就保持了结构稳定性。
确定层数的方法：根据光源光谱薄膜结构计算不同层数对应的理论TCD值，与实验获取的 图像计算得到的TCD值比对，获得层数信息。
(4)拉曼光谱法 Nano Lett.7(2), 238–242 (2007).
•G峰(1580cm-1)是碳环和碳链中碳原子的sp2 键的伸缩模式导致的，反应材料的对称性和 有序度；石墨烯层数越多，G峰越高； •D’峰(2700cm-1)是双声子共振拉曼峰;单层石 墨烯片的D’峰宽约为30cm-1，双层石墨烯片 的D‘峰宽约为50cm-1，三层以上更宽但差别 不大。 •G′峰是区域边界声子的二级拉曼散射 •D峰(1360cm-1)是由sp2原子的声张膜引起的缺陷峰
热学性质
利用基于共焦显微拉曼光谱技 术测量得到石墨烯的热导率为 4840－5300W/(mK)，是金刚石 的五倍，石墨烯的热导率与单 壁碳纳米管，多壁碳纳米管相 比有明显提高。而在石墨烯发 现以前，金刚石是已知自然界 中热导率最高的。
Thermal conductivity
Graphene:4840-5300W/(m*K) SWCNT：3500W/(m*K) MW-CNT:3000W/(m*K) Diamond:1000-2000W/(m*K)
(2)导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、 铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度 下，石墨呈绝热体。
(3)润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数 越小，润滑性能越好。
(4)化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有 机溶剂的腐蚀。
用作抗摩剂和润滑材料,制作坩埚、电极、 干电池、铅笔芯。高纯度石墨可在核反应堆上 作中子减速剂。常被称为炭精或黑铅,因为以前 被误认为是铅。
石墨性能
(1)耐高温性：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电 弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高 而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。
研究团队从一块大石墨晶体上挑拣出微小的石墨烯样本，使这 些样本的每一单个原子都处于表面，接着将这些新建的二维样本 置于蚀刻在硅上的小孔上，从而制作出只有一个原子厚的微型圆 形薄膜，石墨烯则因原子间的引力而粘附在硅上，为了测试薄膜 的强度，科学家用一个半径为200亿分之一米、带有钻石尖端的原 子力显微镜来推动薄膜中心。这些每个直径约1微米的样本，因为 没有瑕疵，使得科学家能测试其弹性与断裂点的特性,测得石墨烯 单层的杨氏模量为1TPa