石墨烯的性质与应用.doc

学 年 论 文 题 目： 石墨烯的性质与应用 学 院： 物理与电子工程学院 专 业： 材料物理 学生姓名： 杨磊 学 号： 201272040124 指导教师： 杨贵进 简 短 评 语 成绩： 指导教师签名： 目录 摘要………………………………………………………………………………… 1 1引言……………………………………………………………………………… 1 2石墨烯的性质…………………………………………………………………… 1 2.1 石墨烯结构非常稳定 2.2 石墨烯超强的导电能力………………………………………………… 1 2.3 强度最高的物质微机械分离法取向附生法—晶膜生长 4.1.1 基于石墨稀的场效应晶体管(FET) 4.1.2 石墨稀在光伏器件中的应用 4.1.3 石墨稀在锂离子电池中的应用 4.2 石墨稀在分析检测领域的应用石墨稀在生物医药方面的应用 4.4 石墨烯的其他应用…………………………………………………………6 4.4.1超高效太阳能电池………………………………………………………6 4.4.2场发射……………………………………………………………………6 4.4.3复合材料·s),并表现出不同寻常的量子霍尔效应[5-6]；另据其它科研小组研究发现在悬浮液或者高温处理的石墨烯中，电子传导率可超过2000cm2/(V·s)[7]，所以对场效应和大型横向延伸有敏锐反应，因此石墨烯有望取代碳纳米管在场效应转换器领域引起新的革命。 2 石墨烯的性质 2.1 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。 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。 强度最高的物质 铅笔石墨中一种叫做石墨烯的二维碳原子晶体，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上１００倍。这种物质为“太空电梯”超韧缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门，让科学家梦寐以求的２．３万英里长（约合３７０００千米）太空电梯可能成为现实 微机械离法 机械剥离法是最早用于石墨烯制备的方法,英国的Geim等人利用微机械剥离法经过对高度定向热解石堪的反复多次剥离,首次成功得到了少数原子层、包括单原子石墨,,片居大小达Geim 也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。作为一种物理制备方法,微机械剥离法操作简雄,不会破坏石墨烯的片层结构,因而主要用在对石墨稀的一些光学电学性能研究中。此种制备方法的缺陷在于,所得产物的片层大小、数目均较难控制,产率较低,因而应用范围比较有限。 取向附生法—晶膜生长 　　取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯首先让碳原子在1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖 80％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层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碳层的特性。 4.1.1 基于石墨稀的场效应晶体管(FET) 有关石墨烯应用领域的研究,场效应晶体管(Field-Effect Transistors, FET)是前探索较多的一个方面。尺寸较大的石墨稀(~10由于其零能隙的特点,其在300 K的开关比仅30上下,并不适用于场效应晶体管为解决这一问题,后续发展了若干制备尺寸较窄、边缘平整的石墨烯纳米带(Graphene nanoribbons,GNRs)的方法来得到有能隙的石墨稀产物,以提高其关比。 Zhang 等对比了几种不同的制备石還炼纳米带的方法,其中 Dai 等制备的PmPV功能化的石墨稀带其宽度可以在5010 nm以下,并且他们发现当石墨稀纳米