石墨烯graphene戴红梅.pptVIP

# 石 墨 烯（graphene） 科学07-1 戴红梅材料四要素 结构 性能 加工 使用情况 石墨烯的结构 单原子层石墨晶体薄膜 碳原子构成的二维蜂窝状物质 只包括六角原胞（等边六边形） 每个原胞中两个碳原子，每个原子与最相邻三个碳原子形成三个σ键 每个碳原子贡献一个多余p电子，垂直于graphene平面，形成未成键的π电子——良好的导电性 石墨烯的结构 材料四要素 结构 性能 加工 使用情况 石墨烯的性能 最薄——只有一个原子厚 强度最高—— 美国哥伦比亚大学的专家为了测试石墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本，然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这个结果测算，要使1 米长的石墨烯断裂，需要施加相当于55 牛顿的压力，也就是说，用石墨烯制成的包装袋应该可以承受大约两吨的重量。 石墨烯的性能 没有能隙——良好的半导体 良好的导热性—— 热稳定性——优于石墨 较大的比表面积—— 优秀导电性——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 石墨烯的性能 室温下的量子霍尔效应 注：这样的测量还需要在接近绝对零度的温度下进行，同时还需施加非常强的磁场，但全世界仅有少数几家专业实验室具备这样的条件。长期来讲，石墨烯倾向于能提供一个更好的标准。 霍尔效应 1879年：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。 1980年：对于半导体，在强磁场和深低温下，证明霍耳电阻随栅压变化的曲线上出现一系列平台，与平台相应的霍耳电阻等于RH＝h/i·e2，其中i是正整数1，2，3，…… 随着磁场增强，在i＝1/3,1/5,1/7…等处，霍尔常数出现了新的台阶。这种现象称为分数量子霍尔效应。 材料四要素 结构 性能 加工 使用情况 石墨烯的加工 微机械剥离法 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition ,CVD) 氧化-还原法 溶剂剥离法 加热Si-C法 溶剂热法 机械剥离法 CVD法 使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉,通入含碳气体,例如,碳氢化合物,它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,通过轻微的化学刻蚀,使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。 氧化-还原法 指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) ,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。 溶液剥离法 原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层间,进行层层剥离,制备出石墨烯。 加热Si-C法 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：将经氧气刻蚀的样品在高真空下通过电子轰击，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,从而制备出单层或是多层石墨烯。 材料四要素 结构 性能 加工 使用情况 石墨烯的用途 透明电极——染料太阳能电池的正极 电化学生物传感器——石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移 超级电容器——高效储存和传递能量的体系,它具有功率密度大,容量大,使用寿命长,经济环保 能源存储——质量轻、高化学稳定性和高比表面积 复合材料——独特的物理、化学和机械性能为复合材料的开发提供了原动力 Thank you! 超级材料！2004年英国曼彻斯特大学的Geim课题组通过研究发现的 * * 石墨——三维 碳纳米管——一维 足球烯——零维 石墨烯 ——二维 从而完整 * 对于石墨烯的研究还不是很深刻，很多电学、磁学性质还有待完整。 * DIY！ * 6H是一种晶型！ * * # 超级材料！2004年英国曼彻斯特大学的Geim课题组通过研究发现的 * * 石墨——三维 碳纳米管——一维 足球烯——零维 石墨烯 ——二维 从而完整 * 对于石墨烯的研究还不是很深刻，很多电学、磁学性质还有待完整。 * DIY！ * 6H是一种晶型！ * *