二维材料-概要.pptx

二维材料 ——理论、制备与近况 二维材料 二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。 中文名：二维材料 外文名：Two dimensional material 石墨烯材料的定义 石墨烯（Graphene）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。 厚度仅有0.335纳米，是构建其他维数碳质材料的基本单元。 石墨烯 2004年在英国曼彻斯特大学的实验室，物理学家安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）第一次从石墨中分离出了石墨烯。这种单原子层厚度的碳薄片柔韧、透明，比钢铁强度高、比铜导电性好，如此之薄以至于称它为“二维材料”可谓实至名归。 石墨烯在发现前被认为是不可能存在的 从统计物理出发可以证明 Mermin-Wagner 定理，这个定理讲的是：任何具有连续对称性的二维热力学系统，在非零温下，其连续对称性不可能发生自发破缺。 依据 Mermin-Wagner 定理，在非零温度下，这个情况是不可能发生的。一个大致的物理解释是，在小于等于二维时，若出现有序（即连续对称性破缺），Goldstone 玻色子的总能量会发散，以至于破坏有序 现实中没有完全严格的二维系统，大家也一般会说，这个条件放松了，最多也就是定理对应的非零温这个条件放松一点——大概在相当低的温度下可能找到准二维晶格——但意想不到的是，室温下就能找到石墨烯这种东西。 2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，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。 海姆和诺沃肖洛夫认为，石墨烯晶体管已展示出优点和良好性能，因此石墨烯可能最终会替代硅。由于成果要经得起时间考验，许多诺贝尔科学奖项都是在获得成果十几或几十年后才颁发。而石墨烯材料的制备成功距获奖才六年时间，就获得了诺贝尔奖，这使诺沃肖洛夫感到意外。 他说：“今天早上听说这个消息时，我非常惊喜，第一个想法就是奔到实验室告诉整个研究团队。”而海姆则表示，“我从没想过获诺贝尔奖，昨天晚上睡得很踏实”。 石墨烯材料的诞生获得 2010年诺贝尔物理学奖 石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形 (等角六边形)。 石墨烯中的碳-碳键长约为0.142nm.每个晶格内有三个键，连接十分牢固，形成了稳定的六边形状。垂直于晶面方向上的键在石墨烯的导电过程中起到了很大的作用。 石墨烯的结构 石墨烯的结构 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。 少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲，12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管 。 石墨烯的结构 石墨烯根据边缘碳链的不同可以分为锯齿型和扶手椅型。 锯齿型石墨烯条带通常为金属型，而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属型或半导体型。 国内国际必威体育精装版进展应用前景 国内 大连化物所发表二维材料催化研究 深研院新材料学院用二维材料实现了高性能钠电池（Fe3(PO4)2?8H2O） 宁波材料所合成出前过渡族金属碳化物二维纳米晶体材料 国际 等离子体在二维材料上有新举动 二维超导材料上观察到磁激发态（二硒化铌晶体） 世界上最黑的材料，可以用喷枪进行喷涂，这种名叫Vantablack S-VIS的材料能够吸收99.8%的光线 北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队在对新型二维材料Fe3(PO4)2?8H2O的研究中（Nano Energy，2015，18，187-195.）， 将这种二维材料应用在钠离子电池中，获得了超长循环寿命和极高的倍率性能的钠离子电池。 黑色的涂料能让3维立体的物体看上去像一个2维平面的、黑色的洞，让你根本看不清其表面的细节 必须密封起来、或储存在特定玻璃和保护层中 只能用在能承受100摄氏度高温的固定表面 等离子体在石墨烯等二维材料上移动的新行为 有的光子实验系统需要一种叫做光频隔离器的装置，其作用是精确地阻止光线反射回光源，以免对实验造成干扰。但是这种隔离器由于需要非常强的磁场，所以十分笨重，进而限制了其应用。方认为，有了这一新的思路，这种笨重的光频隔离器可能会被单层的二维材料所替代。 在过去的10年中，二维材料在催化方面的研究得到迅猛发展，在传统多相催化、电催化、光催化等催化体系中得到广泛应用，尤其在一些涉及能源催化转化的重要反应（如氧活化、水分解、二氧化碳还原等）中表现出了独特的催化特性。 二维材料在催化中应用 物理学家们迅速开始利用这些性质尝试开发各种各样的应用，从可弯曲屏幕到能量存储。 二维材料， 何时飞入寻常百姓家 ————应用前景 纳