石墨烯发现者Andre Geim的综述文章
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石墨烯发现的故事
石墨烯,一种只有一个原子层厚的二维材料,近年来在全球范围内备受关注。
其独特的光滑表面、高强度、导电性和超薄特性使其在科学研究和应用领域具有广泛的前景。
石墨烯的发现故事充满了传奇色彩,今天我们就来回顾一下这一重要的科学历程。
石墨烯的发现可以追溯到2004年,当时安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功实验制得石墨烯。
他们采用胶带剥离法制备出这种只有一个原子层厚的材料,这一突破性成果使他们荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的发现为全球科学家打开了一个全新的研究领域,激发了人们对二维材料的研究热情。
石墨烯的特性使其在众多领域具有广泛应用。
首先,石墨烯具有极高的强度和韧性,是目前已知强度最高的材料。
这一特性使其在航空航天、汽车制造等高强度结构件领域具有巨大潜力。
其次,石墨烯具有良好的导电性,可以应用于高性能电子器件的制造。
此外,石墨烯还具有优异的热传导性能,有望解决现代电子设备散热问题。
石墨烯的发现对于我国科技发展具有重要意义。
我国政府高度重视石墨烯产业的发展,将其列为战略性新兴产业。
近年来,我国石墨烯研究取得了世界领先的成果,推动了石墨烯材料的产业化进程。
在新能源、智能制造、生物医疗等领域,石墨烯的应用正在逐步改变我们的生活。
总之,石墨烯的发现不仅为科学研究提供了新的方向,也为我国科技发展带来了前所未有的机遇。
石墨烯的结构及性质、用途一、石墨烯的发现2004年,英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯。
海姆石墨烯和他的同事偶然中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。
斯德哥尔摩2010年10月5日电瑞典皇家科学院5日宣布,将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈-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卓越研究。
二、石墨烯结构石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。
它不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬;作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯在原子尺度上结构非常特殊,必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。
石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,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。
石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨毡石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
三、石墨烯的性质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),的性石墨烯晶体质和相对论性的中微子非常相似。
为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质,我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一些了解。
氧化石墨烯的结构及应用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)成功地从石墨中分离出一层碳原子构成的石墨烯,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。
自此,石墨烯由于其突出的导热性、室温高速载流子迁移率、透光性和力学性能等,同时具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质,受到了世界各界的广泛关注,也成为科研领域的新兴宠儿。
氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物,它是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。
氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景,因为成为研究的又一重点。
一、氧化石墨烯的分子结构石墨被强氧化剂氧化,氧原子进入到石墨层间,结合л电子,使层面内的二键断裂,并以C=O,C—OH, —COOH等官能团与密实的碳网面中的碳原子结合,形成共价键型石墨层间化合物。
氧化石墨烯的理想结构组成为C400H,也有文献报道其组成为C X+(OH)Y-(H20)2,其中C、H、O等各元素的含量随氧化程度不同而发生改变,一般范围为C7O4H2-C24O13H9,目前,普遍认为氧化石墨是一个准二维固体物质.氧化石墨烯由尺寸不定的未被氧化的芳香“岛”组成,而这些“岛”则被含有醇羟基、环氧基团和双键的六元脂环所分开,芳香环、双键和环氧基团使得碳原子点阵格式近乎处于同一平面,仅有连接到羟基基团的碳原子有较轻微的四面体构型畸变,导致了一些层面的卷翘。
官能团处于碳原子点阵格子的上下,形成了不同密度的氧原子分布。
干燥的氧化石墨在空气中稳定性较差,很容易吸潮而变成水合氧化石墨,层间距也会随其含水量的高低而有所不同。
随含水量的增加,层间距从0。
6nm增加到1.1nm,从而导致X射线(100)衍射峰的位置的变化。
石墨烯的研究历史石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料,具有出色的物理和化学性质,因此引起了广泛的关注和研究。
本文将介绍石墨烯的研究历史。
石墨烯的发现石墨烯最早是由安德烈·赫姆(A.K. Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(K.S. Novoselov)在2004年发现的。
他们使用的方法是利用普通的黏着带,将一些石墨片剥离成非常薄的层,最终得到了一片厚度仅为一个原子的石墨烯。
这项发现因为其高度的新颖性和创新性而获得了2010年的诺贝尔物理学奖。
石墨烯的早期研究石墨烯的发现以后,引起了极大的科学兴趣。
科学家们开始探究这种新型材料的特殊性质和实际应用。
最初,人们主要研究了其电子性质和力学性质。
在2005年,科学家就发现了石墨烯的电导率比银还高,并且在极低的温度下(约为4.2K),其电子运动方式也非常特殊。
此外,人们还发现,尽管石墨烯只有单层,但其刚度比钢还高,同时又具有弹性,展现出了无与伦比的物理特性。
石墨烯的应用研究在石墨烯的研究过程中,科学家们还开始考虑其实际应用。
石墨烯的高导电性能和更广泛的带隙,使其成为新一代电子器件(例如晶体管)的一个有很大潜力的替代品。
石墨烯的力学性质也使其成为用于航空和航天应用的强度材料。
此外,石墨烯的化学稳定性和高比表面积使其成为高效的电池、传感器和催化剂的备选材料。
石墨烯的世界研究热潮自石墨烯发现以来,世界各地的研究人员都投入了大量精力,对石墨烯进行了广泛的研究。
可以说,石墨烯研究的确是一个世界性的热潮。
科学家们不仅在探求石墨烯的性质和应用方面取得了许多重要的成果,还提出了许多新的想法和建议,为后来的石墨烯研究带来了深远的影响。
石墨烯的未来前景石墨烯的研究历史虽然还很短,但是石墨烯已经成为了一个重要的而又有很大前景的研究领域。
未来,科学家们将继续在石墨烯的性质和应用方面进行深入的研究,希望能够更好地利用石墨烯的出色特性,为我们的物质生活和科学研究带来更多的可能性。
石墨烯之父—Andre Geim他是2010年诺贝尔物理奖获得者,他有非常高的科学才华,在他的眼中,科研是一个满足自己好奇心的游戏。
并且在十几年的时间中,玩耍出了很多惊世骇俗的科学成果,让所有的科研学者羡慕不己。
他就是石墨烯之父-安德烈•海姆(Andre Geim)。
个人经历安德烈•海姆(AndreGeim),英国曼彻斯特大学科学家。
父母为德国人,1958年10月出生于俄罗斯西南部城市索契,拥有荷兰国籍。
1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位,毕业后在俄罗斯科学院微电子技术研究院工作三年,之后在英国诺丁汉大学、巴斯大学和丹麦哥本哈根大学继续他的研究工作。
1994年,他在荷兰奈梅亨大学担任副教授,并与康斯坦丁•诺沃肖洛夫首度合作。
他同时也是代尔夫特理工大学的名誉教授。
他于2001年加入曼彻斯特大学任物理教授。
在他的职业生涯中,海姆发表了超过150篇文章,其中很多都发表在自然和科学杂志上。
石墨烯发现历程现代人类对于物质结构已经有了一个相对明确的认知。
如果从原子尺度观察物质结构,原子们就是像搭乐高积木一样构建出我们这个千变万化的物质世界。
而在人们所认知的结构中,石墨是一个另类。
石墨的晶体结构是层状的,靠微弱的范德华力把相邻的两层贴合在一起。
层与层之间充斥着大量的电子,因此,石墨是良好的导电体。
而单个石墨层,则是碳原子与碳原子相互连结形成正六边形,并延伸成一张无限大的原子网。
这张网上的原子连结的是如此结实,以致于这张网比钻石还硬。
有过削铅笔经验的小伙伴们都很清楚,铅笔中的石墨芯是很软的,而且很容易就掰断了。
用铅笔书写,其实就是一个将芯上脱落的石墨颗粒留在纸面上过程。
这是因为石墨相邻分子层粘合的力很弱。
石墨层很容易发生相互移动或剥离。
于是,海姆果断地把一块石墨递给一个研究生:“去,把它磨到非常薄!”。
于是这个研究生天天磨石墨,几个月后,已经磨到很薄,实在磨不下去了。
拿来测量,还有几千个原子层厚,此路不通,海姆只好再寻他途。
·石墨烯 ·分子筛 ·碳纳米管 ·黑磷 ·类石墨烯 ·纳米材料江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一,现专注于石墨烯、石墨烯之父—Andre Geim他是2010年诺贝尔物理奖获得者,他有非常高的科学才华,在他的眼中,科研是一个满足自己好奇心的游戏。
并且在十几年的时间中,玩耍出了很多惊世骇俗的科学成果,让所有的科研学者羡慕不己。
他就是石墨烯之父-安德烈•海姆(Andre Geim )。
个人经历安德烈•海姆(AndreGeim ),英国曼彻斯特大学科学家。
父母为德国人,1958年10月出生于俄罗斯西南部城市索契,拥有荷兰国籍。
1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位,毕业后在俄罗斯科学院微电子技术研究院工作三年,之后在英国诺丁汉大学、巴斯大学和丹麦哥本哈根大学继续他的研究工作。
1994年,他在荷兰奈梅亨大学担任副教授,并与康斯坦丁•诺沃肖洛夫首度合作。
他同时也是代尔夫特理工大学的名誉教授。
他于2001年加入曼彻斯特大学任物理教授。
在他的职业生涯中,海姆发表了超过150篇文章,其中很多都发表在自然和科学杂志上。
石墨烯发现历程现代人类对于物质结构已经有了一个相对明确的认知。
如果从原子尺度观察物质结构,原子们就是像搭乐高积木一样构建出我们这个千变万化的物质世界。
而在人们所认知的结构中,石墨是一个另类。
石墨的晶体结构是层状的,靠微弱的范德华力把相邻的两层贴合在一起。
层与层之间充斥着大量的电子,因此,石墨是良好的导电体。
而单个石墨层,则是碳原子与碳原子相互连结形成正六边形,并延伸成一张无限大的原子网。
这张网上的原子连结的是如此结实,以致于这张网比钻石还硬。
有过削铅笔经验的小伙伴们都很清楚,铅笔中的石墨芯是很软的,而且很容易就掰断了。
用铅笔书写,其实就是一个将芯上脱落的石墨颗粒留在纸面上过程。
这是因为石墨相邻分子层粘合的力很弱。
摘要:石墨烯作为一种新型二维材料,具有独特的物理化学性质,在众多领域展现出巨大的应用潜力。
本文对石墨烯的制备方法、特性、应用领域进行了综述,旨在为石墨烯材料的研究提供参考。
一、引言石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维晶体,具有优异的力学、电学、热学和光学性能。
自2004年石墨烯被发现以来,其研究取得了显著的进展。
本文对石墨烯的制备方法、特性、应用领域进行综述,以期为石墨烯材料的研究提供参考。
二、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法:机械剥离法是制备石墨烯的一种简单、高效的方法。
通过将石墨片在金刚石针尖下进行机械剥离,可以得到单层石墨烯。
2. 化学气相沉积法:化学气相沉积法是一种制备高质量石墨烯的方法。
该方法在高温下将碳源气体在金属催化剂上分解,形成石墨烯。
3. 水热法:水热法是一种制备石墨烯的新技术。
通过将石墨烯前驱体在高温高压下进行反应,可以得到高质量的石墨烯。
4. 微机械剥离法:微机械剥离法是一种基于微机械加工技术制备石墨烯的方法。
通过在石墨烯上施加应力,使其发生剥离,从而获得单层石墨烯。
三、石墨烯的特性1. 优异的力学性能:石墨烯具有极高的强度和韧性,是已知材料中最强的二维材料。
2. 良好的电学性能:石墨烯具有优异的电导率,是已知材料中最高的二维材料。
3. 热学性能:石墨烯具有优异的热导率,可以有效传递热量。
4. 光学性能:石墨烯具有优异的光吸收和光催化性能。
四、石墨烯的应用领域1. 电子器件:石墨烯具有优异的电学性能,可以应用于制备高性能电子器件,如场效应晶体管、晶体管等。
2. 能源存储与转换:石墨烯具有良好的电化学性能,可以应用于锂离子电池、超级电容器等能源存储与转换领域。
3. 光学器件:石墨烯具有优异的光学性能,可以应用于制备高性能光学器件,如光子晶体、光学传感器等。
4. 生物医学领域:石墨烯具有良好的生物相容性,可以应用于生物医学领域,如药物载体、生物传感器等。
五、结论石墨烯作为一种新型二维材料,具有独特的物理化学性质,在众多领域展现出巨大的应用潜力。
关于石墨烯的参考文献石墨烯是由未来材料学大师安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)于2004年发现的一种新型碳材料。
这种材料的发现颠覆了传统碳材料的应用前景和开拓领域。
以下是对石墨烯的参考文献的内容生动、全面、有指导意义的分析和总结。
1. 《石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域的应用研究综述》本文详细分析了石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域的应用。
石墨烯因其出色的导电性、导热性和高强度,被广泛地应用于生物医学领域。
将石墨烯与纳米材料复合可以改善石墨烯的可溶性和生物相容性,扩展了其应用范围。
这篇文章通过实例和案例详细阐述了石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域中的特点和应用。
2. 《石墨烯光电器件的研究进展与展望》本文介绍了石墨烯光电器件在研究方面的进展和展望。
石墨烯具有极高的光电转换效率和广泛的吸收光谱范围,这使得它在制作光电器件方面具有天生优势。
在这篇文章中,作者以石墨烯光电器件的制备和性能控制为切入点,通过回顾石墨烯光电器件的研究进展,提出了一些可能的研究方向和未来发展趋势。
3. 《石墨烯复合材料填充剂的制备及其应用研究》本文主要研究石墨烯复合材料填充剂的制备及其应用研究。
石墨烯的出色性能和纳米级别的粒度,使其成为一种理想的高效填充剂。
在石墨烯掺杂的材料中,它能够显著提高材料的强度、硬度和热导率等性能。
这篇文章通过实验研究探索了石墨烯复合材料填充剂的制备方法和应用场景,并提出了具体的操作规范和注意事项。
4. 《石墨烯电池的制备与应用研究》本文重点研究了石墨烯电池的制备和应用。
石墨烯因其出色的导电性和机械性能,成为电池制备领域不可或缺的材料。
在石墨烯电池的制备和应用方面,本文详细介绍了纳米和复合石墨烯电极的制备方法、应用场景和性能等方面的特点。
基于实验结果,文章提出了石墨烯电池应用的展望和未来可能的研究方向。
总之,石墨烯是一种未来具有巨大潜力的材料。
石墨烯与碳纳米管:一样的前生,不一样的今世精选|关键词:石墨烯, 碳纳米管2010年10月4日,诺贝尔物理学奖揭晓,获奖者是英国曼彻斯特大学物理和天文学院的Andre Geim和Konstantin Novoselov,获奖理由为“二维空间材料石墨烯(graphene)方面的开创性实验”。
从2004年石墨烯被成功剥离[1]至2010年斩获诺贝尔奖,是什么魔力让这一看似“普通”的碳材料在短短的6年时间内缔造了一个传奇神话?而回眸看其同族兄弟碳纳米管,自1991年被发现至今近20年,历经风雨,几经沉浮,不过是“为他人做嫁衣裳”。
石墨烯即为“单层石墨片”,是构成石墨的基本结构单元;而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构(图1)。
作为一维(1D)和二维(2D)纳米材料的代表者,二者在结构和性能上具有互补性。
从结构上来看,碳纳米管是碳的一维晶体结构;而石墨烯仅由单碳原子层构成,是真正意义上的二维晶体结构。
从性能上来看,石墨烯具有可与碳纳米管相媲美或更优异的特性,例如高电导率和热导率、高载流子迁移率、自由的电子移动空间、高强度和刚度等。
网上大多溢美之词:“Pencil + sticky tape = desktop supercollider + post-silicon processors”,“Material of the Future”,“A thoroughbred that has to be tamed”,“Electron superhighway”,...。
目前,关于碳纳米管的研究,无论在制备技术、性能表征及应用探索等方面都已经达到了一定的深度和广度。
组成及结构上的紧密联系,使二者在研究方法上具有许多相通之处。
事实上,很多针对石墨烯的研究最开始都是受到碳纳米管相关研究的启发而开展起来的。
图1 石墨烯与碳纳米管石墨烯的发展历程与碳纳米管极为类似。
在碳纳米管被发现之前,碳的晶体结构为代表[2])。
石墨烯概念石墨烯(Graphene)是由一层单原子厚度的碳原子团成的二维薄层结构,它具有无与伦比的特性,为科学和工程技术带来了新的可能性。
作为最薄的材料,它具有高弹性,高电导率和高热导率等独特性能,有望在未来的电子电路中获得应用。
本文的目的是讨论石墨烯的来源,原理,功能,应用和未来发展。
石墨烯是在2004年由安德森大学的Sir Andre Geim和Konstantin Novoselov在石墨表面上观察到的。
他们发现它的概念,并发现它具有密度极高,厚度极薄,伸展性高,强度高,导电性高,热量传导性高,压缩性强等诸多优点。
石墨烯作为一种超材料,其结构可以被认为是两个几何折线图组成的三维空间,即它是一种连接两个折线体的结构。
石墨烯的物理性质可以直观地表示为层状碳原子组成的蜂窝结构,这种蜂窝结构实际上是由大量六角形网格组成的,每个网格由六个碳原子组成。
石墨烯具有独特的性能,主要体现在强度,密度,电导性,热导性,可塑性等方面。
这种材料的强度比碳纤维高出百倍,密度比碳纤维低出百倍,电导性比金属高出一百倍,热导性比碳纤维高出一百倍,可塑性比碳纤维高得多。
因此,石墨烯可供构建出高性能的新型材料,以及用于取代传统材料的结构件。
石墨烯可以用来制备多种电子器件,如超灵敏传感器,高速可编程控制器,新型超纯氧化碳电池,高速纳米芯片,微纳加工设备,和多功能石墨烯半导体。
此外,石墨烯还可以用于制备增强的智能建筑材料,包括紫外线抗性,防火,和抗热和冷却等特性,以及纳米涂料,环境污染控制,气体储存,和液晶显示屏等应用。
未来,由于石墨烯本身独特的特性,它有望在各个领域得到更多的应用,如飞机和高空电子设备,无线电信号传输,智能能源系统,和更高效的电子电路等。
此外,石墨烯有望为解决复杂的物理问题提供解决方案,如价格和容量的优化,多功能领域的应用等。
综上所述,石墨烯是一种全新的材料,由于它具有强度,密度,电导性,热导性,可塑性等优势性质,它可以被广泛用于制备电子器件,增强智能建筑材料,纳米涂料,环境污染控制,气体储存,和液晶显示屏等应用。
目录[摘要] (2)一、引言 (2)二、石墨烯的研究进展 (2)(一)石墨烯的发现史和简介 (2)1.石墨烯的发现史 (2)2.石墨烯的简介 (2)三、石墨烯的制备方法 (3)(一)物理方法 (3)1.微机械力剥离法 (3)2.印章切取转移印制法[5] (3)3.液相剥离法 (3)(二)化学方法 (3)1.SiC 热解的外延生长法 (3)2.化学气相沉积(CVD) 法 (3)3.氧化-分散-还原法 (4)4.外延生长法 (4)四、石墨烯的物理性质和化学性质 (4)(一)物理性质 (4)1.力学特性 (4)2.电子效应[8] (4)3.热性能 (4)4.光学特性 (4)5.溶解性 (4)6.熔点 (4)(二)化学性质 (4)1.生物相容性 (4)2.氧化性......................................... 错误!未定义书签。
3.还原性 (4)4.加成反应 (5)5.稳定性 (5)五、石墨烯的应用 (5)(一)传感器 (5)1.pH传感器 (5)2.气体分子传感器 (5)3.分子传感器 (5)4.电化学传感器 (5)(二)储氢材料 (5)(三)药物控制释放 (5)(四)离子筛 (5)(五)电极材料 (6)(六)光催化复合材料 (6)(七)润滑油 (6)六、石墨烯相关企业 (6)七、展望 (6)结论 (7)参考文献 (7)[摘要] 这篇论文简要介绍了石墨烯的研究进展、制备的方法、性质、应用以及相关企业并基于石墨烯的性质预测了石墨烯未来的发展方向。
内容较为全面,并且通俗易懂,简洁明了,对于想要简单了解石墨烯的朋友们是不错的选择。
[关键词]石墨烯制备方法理化性质应用相关企业一、引言石墨烯的研究,在近年来是一大热门。
石墨烯作为一种在未来很可能有颠覆性的发展的物质,在材料学、生物医学、微纳加工、能源和药物传递等领域有着很好的发展前景,原因是石墨烯具有卓越的电学、光学、力学特性,石墨烯的研究或许对我们未来的生活会有很大影响。
石墨烯玩出来的诺贝尔奖石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料,因其出色的导电性、热导性和机械性能而备受瞩目。
2004年,两位来自曼彻斯特大学的科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功地分离出了石墨烯,并首次制备出了这种材料。
他们的杰出贡献在2010年获得了诺贝尔物理学奖,成为了诺贝尔奖历史上的重要一刻。
石墨烯的发现及其后续的研究成果,不仅在科学界引起了轰动,同时也在实际应用中展现出了巨大的潜力。
石墨烯的发现源于对碳纳米管的研究。
盖姆和诺沃肖洛夫通过使用胶带去除石墨薄片上的碳原子,最终成功分离出了石墨烯结构。
这一研究成果被发表在2004年的《科学》杂志上,引起了全球科学界的关注。
在这项研究中,盖姆和诺沃肖洛夫利用简单的实验装置和技术手段,成功地制备出了石墨烯材料,并证实了其具有独特的电学、光学和力学性质。
这一成果被认为是开启了石墨烯研究的新篇章,为石墨烯的后续研究和应用奠定了坚实的基础。
由于石墨烯的出色性能和潜在应用价值,科学界对其进行了深入的研究和探索。
石墨烯的制备、性质表征、应用等方面的研究成果层出不穷,相关领域的学术研究论文数量不断攀升。
石墨烯技术也成为了国家战略研究的重点方向,各国纷纷加大科研投入,争相开展石墨烯相关的科研项目。
石墨烯的研究逐渐从基础研究向应用研究转变,一大批具有自主知识产权的技术和产品不断涌现,为石墨烯的产业化应用和商业化发展奠定了基础。
除了学术研究和产业发展,石墨烯的实际应用领域也在不断扩展。
目前,石墨烯已经在电子材料、导热材料、光学材料、传感器、柔性显示器、锂离子电池等领域取得了重要突破。
利用石墨烯制备的柔性透明导电薄膜已经广泛应用于触摸屏、柔性显示器等电子产品中;石墨烯导热材料已经成功用于热界面材料、散热材料等领域,取得了良好的热管理效果。
石墨烯的光学性质也被广泛应用于传感器、光学器件、激光技术等领域,为实现高灵敏度、高分辨率的光学应用提供了新的可能性。
1关于石墨烯材料的调研报告目录调研提纲 (1)报告正文 (3)一、石墨烯简介 (3)二、石墨烯的性质 (3)三、石墨烯的制备方法 (4)四、石墨烯的应用 (5)五、石墨烯在锂电池中的应用 (7)六、石墨烯产业的国际现状 (8)七、我国石墨烯发展所存在的问题 (8)八、推进我国石墨烯产业健康发展的对策建议 (10)调研材料 (11)1调研提纲从2010年10月初两位英国科学家因为发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖后,石墨烯在我国成为热点词汇,各地科研院所争相研究,企业争相投资,连地方政府也考虑将其产业化。
石墨烯成为争取国家资金支持最热的项目,似乎石墨烯时代已经到来,世界将由石墨烯应用而发生重大改变。
本文在全面分析石墨烯全球技术和产业进展的同时,对到底如何正确认识石墨烯,石墨烯行业的整体轮廓如何,石墨烯产业化的道路到底还有多远,并提出了发展我国石墨烯技术和产业的切实建议。
2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)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。
他们从高定向热解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。
2009年,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以,它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯能够在实验中被制备出来。
石墨烯(Graphene)作为一种平面无机纳米材料,在物理、化学、科技、数码方面的发展都是极具前景的。
它的出现为科学界带来极大的奉献,机械强度高,导热和导电功能极具优势,原材料来源即石墨也相当丰富,是制造聚合复合物的最正确无机纳米技术。
由于石墨烯的运用很广泛,导致在工业界的发展存在很严重的一个问题就是其制作过程规模浩大,所以应该将其合理地分散到相应的聚合物内部,到达均匀分布的效果,同时平衡聚合物之间的作用力。
石墨烯的内部结构是以碳原子以sp2 杂化而成的,是一种单原子结构的平面晶体,其以碳原子为核心的蜂窝状结构。
一个碳原子相应的只与非σ键以外的三个碳原子按照相应的顺序连接,而其他的π则相应的与其他的的碳原子的π电子有机地组成构成离域大π键,在这个离域范围内,电子的移动不受限制,因为此特性使得石墨烯导电性能优异。
另一方面,这样的蜂窝状结构也是其他碳材料的基础构成元素。
如图1-1 所示,单原子层的最外层石墨烯覆盖组成零维的富勒烯,任何形状的石墨烯均可以变化形成壁垒状的管状[1]。
因为在力学规律上,受限于二维晶体的波动性,所以任何状态的石墨烯都不是平整存在的,而是稍有褶皱,不管是沉积在最底层的还是不收区域限制的。
,如图1-2 所示,蒙特卡洛模拟〔KMC〕做出了相应的验证[3]。
上面所提的褶皱范围在横向和纵向上都存在差异,这种微观褶皱的存在会在一定程度上引起静电,所以单层的会很容易聚集起来。
同时,褶皱的程度也会相应的影响其光电性能[3-6]图1-1. 石墨烯:其他石墨结构碳材料的基本构造单元,可包裹形成零维富勒烯,卷曲形成一维碳纳米管,也可堆叠形成三维的石墨[7]。
Figure 1-1. Graphene: the building material for other graphitic carbon materials. It can be wrapped up into 0D buckyballs, rolled into 1D nanotubes or stacked into 3D graphite[7].图1-2. 单层石墨烯的典型构象[1]。
微机械法制备石墨烯和二硫化钼及对其拉曼光谱的特性分析[摘要]本文详细介绍了石墨烯和mos2的性能,如能带结构,载流子迁移率,相应的物理、化学、机械性能等。
特别是多层到单层的变化情况,相应的物理、化学、机械性能等,以及能带变化在其光学反射率、荧光光谱、拉曼光谱上的反映。
我们用微机械力法制备了100um线度的石墨烯和10um的mos2,并使用拉曼光谱作为手段鉴别石墨烯的层数,从石墨烯的g峰和2d峰的劈裂可以看出石墨烯晶格中的光子和声子的相互作用,对此现象我们做了数据处理、拟合和理论分析。
且使用拉曼光谱测量了mos2单层、少量层、多层之间的变化,分析了其内在物理机制。
中图分类号:tn350 文献标识码:a 文章编号:1009-914x(2013)10-0017-02前言石墨烯的研究热毋庸置疑,我们的石墨烯实验室采用的微机械力方法是直接在诺奖课题组的技术上发展起来的,技术处于国内领先。
二硫化钼的微机械力法制备在国内比较少见,用拉曼光谱探测二硫化钼的层数是国际少见的。
2004年,英国曼切斯特大学andre geim教授领导的课题组使用机械剥离法制备了世界上第一个单原子层的二维石墨烯晶体[1]。
石墨烯的研究热潮可以归因于三点:第一,它的电子输运通过狄拉克方程来描述,这就允许了通过简单的凝聚态实验来研究量子电动力学[3];第二,纳米尺度下的石墨烯器件有望得到应用,原因是其室温下的弹道输运性质,而且具有化学的和机械的稳定性,这种优越的性质可以扩展到双层或少数层石墨烯;第三,不同形式的石墨,纳米管,巴克球等等都可看成石墨烯的衍生物。
新的物理现象将会在低维的纳米材料中出现;过渡金属硫族化合物d型-电子之间的相互作用可以产生新的物理现象。
而mos2是一种典型的过渡金属硫族化合物。
它是由共价键连接的s-mo-s一层层组成的,每层之间是微弱的范德华力相互吸引。
在其大量形式,mos2是一种有着约为1ev的非直接能带隙的半导体,它可以被剥落,由于它对相当广的太阳光谱的强吸收,在光电和光催化方面可进行应用。