碳纳米材料的研究动态-吴波课件.ppt

目前的研究热点已经从获得石墨烯发展到可控地制备石墨烯。如控制石墨烯的形状、尺寸层数、元素掺杂和聚集形态等。目前制备石墨烯的方法有很多如图所示,主要包括机械剥离法,剖开碳纳米管法,化学气相沉积法,还原氧化石墨法和有机合成等 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 石墨烯特性 电子运输 导电性 机械特性 电子相互作用 化学性质 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 石墨烯优异的物理化学和机械性能 ，使得石墨烯成为很多领域的宠儿与石墨烯的制备一样，石墨烯的应用也是目前科学研究的热点 石墨烯 晶体管太阳能电池 场效应 气体传感器 超级电容器 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 改性 作为一种零带隙的半导体石墨烯不能直接用在场效应晶体管上，当石墨烯的宽度变窄小于10nm石墨烯就变成一种准一维材料这种材料也称作石墨烯纳米带。由于宽度局域效应，石墨烯纳米带在室温条件下产生带隙，其制备的场效应晶体管有着非常优异的开关速度和载流子迁移率。在刚发现石墨烯时，用宽度小于10nm的石墨烯制备了场效应晶体管，发现石墨烯显示双极性电场效应。 Lin 等制备的晶体管图像和截面示意图 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 清华大学机械系制备了石墨烯和硅肖特基结太阳能电池，电池效率达到了1.7%，随后该课题组将石墨烯和碳纳米管薄膜复合在一起制备成透明导电薄膜，这种薄膜与硅形成太阳能电池电池效率达到了5.2%。研究发现石墨烯基太阳能电池的开路电压与石墨烯的层数有着非常大的关系。随着层数的增多，电池的开路电压降低，随着石墨烯可控制备的实现和应用研究的不断深入，石墨烯基太阳能电池的效率还将不断提高。 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 石墨烯气体传感器是当石墨烯吸附气体分子时石墨烯的电导率会发生变化，这是因为吸附的气体分子会作为施主或者受主提供或者接受电子从而影响石墨烯的电导率石墨烯。 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 高分子材料具有质量轻，加工方便的特点，但是大部分的高分子材料都是绝缘的。而石墨烯具有非常高的电导率，并且具有非常高的比表面积，利用它的这些特性，将其和绝缘的高分子材料复合，获得可导电的高分子材料。 导电高分子 材 料 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 D. Zheng et al. Composites Science and Technology . 72 (2012) 284-289 应用前景 在纳电子器件方面的应用 代替硅生产超级计算机 光子传感器 基因电子测序和减少噪音 染料电池 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 目前存在的问题 1、制备技术存在石墨烯尺寸小且分布不均匀、难以批量生产以及性能难以精确控制等问题 2、现有的表征手段耗时、容易破坏石墨烯的晶体结构，也制约着石墨烯的进一步研究 通过不同途径设计和批量制备大尺寸、层数和性能可控的石墨烯是下一步制备技术研究的重点；迅速发展石墨烯的精确表达技术，是石墨烯制备、性能和应用研究的迫切需要 碳纳米材料的研究动态之石墨烯的研究进展 Thank you * * * C50Cl10的立体结构模拟图 这是对称性为D5h的C50Cl10的立体结构模拟图。它是由两个sp2杂化的C20的帽通过五对sp3杂化的碳原子对接，形成一个椭球形的封闭的碳笼。在赤道边沿上的十个未饱和的sp3杂化的C原子与十个氯原子相连，构成一个土星状的氯代小富勒烯。 * 碳纳米材料的研究动态 主持人：吴波 组 员：张超 邹玉刚 武美玲 中国科学院化学研究所 分子纳米结构与纳米技术重点实验室 高分子物理与化学实验室 以富勒烯、石墨烯和碳纳米管代表的碳纳米材 料，在经历 20世纪90年代的研究高潮后已进入较为 平稳扎实的研究阶段 。随着研究的不断深入，碳纳米材料在人类生产和生活中正显示着越来越多的不可替代的重要作用。 Text in here 石墨烯 富勒烯 碳纳米管 Fullerenes C60 C70 C76 C78 C80 C82 C84 ……… C60 H.W. Kroto et al., Nature 318 (1985) 162 W. Kr?tschmer et al., Nature 347 (1990) 354 Endohedral fullerenes N@C60 La@C72 Sc2@C74 Sc2@C76 La2@C80 Tm@C82 ………. 富勒烯和内嵌富勒烯简介 碳纳米材料的研究动态之富勒烯的研究进展 制备 计算 分离 提取 H. W. Kroto, et. al. Nature, 1985, 318, 162. W.