薄膜物理与技术精品课件（史鹏）CH5-2 石墨烯研究报告.pptVIP

2、发现 Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚?诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈?盖姆（Andre Geim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。正是这种简单的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。 中国科学院上海分院的科学家发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞 中国的科研人员发现细菌的细胞在石墨烯的纸上无法生长，而人类细胞则不会受损。 利用这一点可以利用它来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤衫 用石墨烯做的 LECs(光电化学电池) Dreams：对于强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯，实现人类坐电梯进入太空的梦想。 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金鼓励科学家们进行这种电梯的开发 实现人类梦想 未来的“太空天梯” * Cu Ni 大面积石墨烯的制备—CVD法 气压200托+甲烷50ml/min+氩气500ml/min+900--1000℃ 氩气2000ml/min+氢气500ml/min降温冷却10 ℃/s 衬底在1000°C下退火并预处理石英管式炉 在二氧化硅/硅衬底上沉积300nm镍膜 镍膜/石墨烯 大面积石墨烯的制备—CVD法 晶粒尺寸较小, 层数不均一且难以控制, 晶界处存在较厚的石墨烯, Ni与石墨烯的热膨胀率相差较大, 因此降温造成石墨烯的表面含有大量褶皱 结 论 在Ni膜上的SEM照片 不同层数的TEM照片 转移到二氧化硅/硅 上的光学照片 大面积石墨烯的制备—CVD法 铜箔 镍膜 铜和镍的溶碳量不同 制备方法与镍膜一致 大面积石墨烯的制备—CVD法 铜箔上低倍SEM照片 铜箔上高倍SEM照片 铜箔上生长的石墨烯单层石墨烯的含量达95%以上且晶粒尺寸大 实验结论 大面积石墨烯的制备—CVD法 石墨烯的转移： 化学气相沉积法：生长在铜箔上的石墨烯转移到PET薄膜的过程示意图 石墨烯的表征： 1、拉曼光谱（ Raman ） 2、扫描电子显微镜（ SEM ） 3、高分辨透射电子显微镜（ HRTEM ） 4、X射线衍射（ XRD ） 5、原子力显微镜（ AFM ） 6、其它方法 照片：单层石墨烯生长在铜箔表面 照片：石墨烯生长于4“硅片表面 基材为Ni/SiO2/Si 石墨烯的表征—拉曼光谱（ Raman ） 对于有序的石墨，在Raman光谱上一般表现为2个峰，ID/IG强度比是衡量物质不规则度，判断物质有序性的重要指标。 Raman光谱：单层石墨烯 石英基底石墨烯薄膜的紫外-可见光谱图。石墨烯薄膜每多转移一次（在原来的基础上再加一层石墨烯），它的透光率就降低2.2%-2.3%。 石墨烯的表征—扫描电子显微镜（ SEM ） 左图为铜箔在800（b）和1000（c）摄氏度下的SEM图，扫描电子显微镜可以用来观察样品的整体形貌和表面结构。 石墨烯的表征—高分辨透射电子显微镜（HRTEM） 在HRTEM下，可清晰看到石墨烯呈轻纱状半透明片状结构分布，从图中可大致估计石墨烯的层数和大小。 HRTEM为石墨烯的一个简单快速的表征。 石墨烯的表征— X射线衍射（ XRD ） XRD可用来表征石墨烯的合成过程，对每一步反应进行监控。 石墨烯的表征—原子力显微镜（AFM） 原子力显微镜是石墨 烯片层结构最有力、最直接有效的工具。它可以清晰地反应出石墨烯的大小、厚度等信息。 石墨烯的表征—其它方法 热重—示差扫描 用于分析温度变化过程中的物理化学变化，如晶型转变、物质含量、相态变化、分解和氧化还原等，研究样品的热失重行为和热量变化。 低温氮吸附测试 测定石墨烯的孔结构和比表面积，计算比表面积、孔径大小、孔分布、孔体积等物理参数。 傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR） 用来识别化合物和结构的官能团，在石墨烯制备中主要用于氧化石墨烯的基面和边缘位的官能团的识别。 薄得像纸一样的iPhone概念手机 四、石墨烯材料的性质 1.力学性质——比砖石还要硬 数据转换分析：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大约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。如果物理学家能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约为100纳米）石墨烯