石墨烯材料.pptx

石墨烯材料的介绍;碳材料是世界上最普遍也是最奇妙的一种材料，以碳元素为唯一元素形成的碳材料结构各异，性质也完全不同。它既可以形成零维的富勒烯，也可以形成三维的金刚石；既可以形成世界上最硬的的金刚石，也可以形成最软的石墨。碳材料的用途也十分广泛，从史前的木炭、近代工业的人造石墨和炭黑、净化环境的活性炭、锂离子电池的负极材料到航天工业所使用的碳纤维等等，无处不存在碳材料的踪影。;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。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率比铜或银更低。石墨烯在能源、材料、电子、生物医药等方面具有广阔的应用前景。;关于石墨烯存在的可能性，早在 1934年，科学家就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下会迅速分解或拆解。1966 年，Mermin 和 Wagner 指出波长起伏也会使长程有序的二维晶体受到破坏。因此二维晶体石墨烯只是作为研究碳质材料的理论模型，一直未受到广泛关注。直到 2004 年，来自英国曼彻斯特大学的Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 首次成功地分离出稳定的石墨烯，才证实了它的存在。两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得 2010 年诺贝尔物理学奖。;电子性能;自旋传输;导热性能;光学性能 研究发现，即使是单层的石墨烯，其吸光度也只有2.3%。通常二维单原子层厚度的物质不应该有这么高的不透明度，单层石墨烯的独特电子性质造成了这令人惊异的高不透明度。但是随着层数的增加，石墨烯的吸光度反而会增大。另外，通过诱导合适的带隙，石墨烯也可以产生光致发光。第一种方法是把石墨烯切割成纳米带或量子点；第二种方法是用气体对石墨烯进行物理或化学的处理以降低石墨烯 π电子的连通性。例如，用氧等离子体处理过的石墨烯就能产生光致发光现象。研究还发现，固态的氧化石墨烯和液态的氧化石墨烯都能观察到较宽的发光，还原过程则会对氧化石墨烯的发光有猝灭作用，而在氧化的过程中则打破了 π 电子的共轭效应，打开了一个电子带隙。 ;力学性能 石墨烯是人类已知强度最高的物质，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些直径为10~20微米的石墨烯微粒作为研究对象以测试它们的承受能力。研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了约2.9微牛。据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品。;化学性质 石墨烯的性质类似于石墨，表面可以吸附和脱附各种原子和分子，如二氧化氮、氨等。石墨烯材料拥有大的比表面积，其二维平面结构的上下表面均可提供大量的吸附位点，因而使其具有了极高的吸附容量，另外，纳米片层结构又决定了其较快的传质速率，即在短时间内即可完成分析物的吸附/解吸附过程；与此同时，石墨烯材料的结构中具有大量的非区域化 π-电子系统，使其对苯环结构具有强大的吸附能力，而绝大多数药物、污染物以及生物分子中都含有苯环结构；此外，石墨烯材料可通过化学方法由石墨材料直接制备得到，与碳纳米管的制备不同的是石墨烯的制备过程中不需使用任何的金属催化剂，其产品的纯度可由原料石墨的纯度来保证。与此同时，石墨烯还具有热稳定性好、化学稳定性高等特点，由此，石墨烯材料作为一种优良的吸附材料已被广泛应用于分析样品前处理领域。;石墨烯的功能化;共价键功能化 氧化石墨烯的表面含有大量的含氧基团如羧基、羟基和环氧基等，这些基团有一定的化学反应活性，因此可用来对石墨烯进行共价键修饰。功能化的石墨烯在多种极性溶剂如 N,N-二甲基甲酰胺中能形成均匀、稳定的溶液，并且经异氰酸酯功能化后，提高了石墨烯与聚合物的亲和性，为石墨烯/聚合物杂化材料的制备提供了一种新的方法。羧基是氧化石墨烯上的一个重要活性位点，根据文献报导，氧化石墨烯上的羧基可被亚硫酰氯（SOCl2）、1-乙基-3, 3-二甲基氨丙基碳化二亚胺（EDC）、N,N-二环己基碳二亚胺（DCC）、2-（7-偶氮苯并三氮唑）-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯等活化，然后再加入亲核性试剂如胺或醇类分子进行缩合反应即可生成酰胺类或??类化合物修饰的石墨烯。经疏水性的长链脂肪胺修饰的石墨烯在有机溶剂中的分散性大大提高。;非共价键功能化 非共价键功能化是