石墨烯的7021214215周新试卷.doc

化学信息学课程论文 化学还原法制备石墨烯的研究进展 Abstract: in recent years, the graphene with its unique structure and excellent performance, in chemistry, physics, and material field has attracted a great deal of research interest. Graphene such special two-dimensional structure contains a variety of unique physical phenomena, in this paper, a large number of references the latest references, reviews the preparation of graphene: physical methods (micro mechanical stripping method, the direct shot from liquid or gas phase method) with chemical method, chemical vapor deposition method, crystal epitaxial growth method, oxidation-reduction method), and various modification methods of graphene was introduced in detail, points out the development trend of graphene preparation. Key words: graphene, Performance; Structure; Reviewed in this paper. 0 引言 2004年 ，英国曼彻斯特大学的 Geim研究小组首次制备出稳定的石墨烯，推翻了经典的 “热力学涨落不允许二维晶体在有 限温度下自由存在”的理论 ，震撼了整个物理界，引发了石墨 烯的研究热潮。理想的石墨烯结构可以看作被剥离的单原子层石墨，基本结构为sp2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维 晶体材料 ，这是目前世界上最薄的材料一单原子厚度的材料 。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象 ，使石墨烯表现出许多优异性质 ，石墨烯不仅有优异 的电学性能，突出的导热性能 ，超常的比表面积 ，其杨氏模量和断裂强度也可与碳纳米管媲美 ，如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应 、永不消失的电导率等一系列性质。石墨烯的主要性能均与之相当 ，甚至更好 ，避免了碳纳米管研究和应用中难以逾越的手性控制 、金属型和半导体型分离以及催化剂杂质等难题 ，而且制备石墨烯的原料价格便宜 ．正是由于石墨烯材料具有如此众多奇特的性质 ，引起了物理、化学、材料等不同领域科学家的极大研究兴趣 ，也使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。 1.石墨烯 碳—元素周期表中最有意思的元素，具有多种同素异形体：从早为人知的金刚石和石墨，到上世纪被发现的富勒烯[1]、碳纳米管[2]，碳家族一直在给我们带来惊喜，而近年来，碳家族又添新成员——石墨烯(Gphene)[3]，如图1．1 1所示。石墨烯被认为是其它维度石墨材料的基本结构单元[4,5]：它可围裹成OD的富勒烯，卷曲成ID的纳米管，堆砌成3D的石墨。 2石墨烯的性能 石墨烯的晶体结构 2.1机械性能 石墨烯材料抗拉强度达125GPa，是钢的100 多倍，1μm 长的石墨烯需要55N 的力才能断裂.原子间的强大作用力也使石墨烯具有很好的柔韧性，用原子力显微镜针尖测量其力学性能时，研究人员发现其弹性系数为105 N/m，其弹性模量为1.1TPa，而且厚度仅为0.335nm，物理学家安德烈·海姆说过，石墨烯是目前研究发现的自然界最薄、强度最高的材料，可以被无限拉伸，而且可以弯曲到很大角度不发生断裂，并且能够承受很大的压力［6］。如果科学家将其制成普通塑料包装袋的厚度（约100nm），大概需要两万牛顿的压力才能把它扯断，也就是说将可以承受大约两吨重量的物体。［7］而且可降解，对环境可以起到很好的保护作用，具有这样特性的石墨烯将作为添加剂在新型高强度复合材料中进行应用。 2.2电磁学性能 由于石墨烯的各碳原子间连接柔软并具韧性，当外力接触时，碳原子层发生弹性形变，保证了化学结构的稳定，且石墨烯中碳原子以sp2 杂化连接，π 电子于轨道平面之外垂直存在形成π 键轨道，在轨道外，电