石墨烯的应用课讲.ppt

2013年4月2日，贵州新碳高科有限责任公司宣布研制成功出中国首个纯石墨烯粉末产品——柔性石墨烯散热薄膜。 石墨烯散热薄膜外观与锡箔纸相似，柔韧能任意折叠，可用剪刀剪成任意形状。“薄膜厚度控制在25微米左右，相当于普通A4纸的三分之一厚”，用约360℃高的热源去靠近它时，石墨烯散热膜的表面温度可均匀保持在127℃左右。 5.3 散热薄膜 5、应用前景 美国加州大学洛杉矶分校和日本物质材料研究机构各自开发出了使用石墨烯作为电极、能量密度与充电电池相当的电容器。两者在制造石墨烯时都开发了独自的方法，有利用制造消费类产品的技术的，也有在石墨烯中加入碳纳米管的。 良好的导电性 高比表面积 优异的柔韧性 良好的机械性能 石墨烯以其优异的物理化学性质迅速引起了超级电容器研究人员的强烈兴趣。 5.4 超级电容器 5、应用前景 日本物质材料研究机构（NIMS）通过在石墨烯中添加CNT来制作电极。在石墨烯中添加CNT之后，CNT会通过自组织方式自然地进入石墨烯中。这就制造了适当的间隙，是电流及离子的密度增加。最后使输出功率密度与能量密度达到了前所未有的高水平，是采用活性炭电极时的10倍。 5.4 超级电容器 5、应用前景 石墨烯在光电子学和光电探测应用领域极有潜力。 优点： 光谱带宽广 响应迅速 缺点： 光吸收能力弱 缺乏产生多倍载荷子的增益机制 石墨烯极高的导电性着实令科学家着迷，也因此激发了科学家利用石墨烯来设计超高速光电探测器。传统的硅基光电探测器不能折叠，也不便宜，而且不够灵敏。多年来，一种便宜、可折叠的光电探测器一直是科学家们的梦想。单层石墨烯似乎可以胜任。然而单层石墨烯吸收光子的能力比硅还差，仅有2.3%的光子被吸收。我们所需要的是一种迫使更多光被吸收的方法。 5.5 光电探测器 5、应用前景 2012年，他们又提出利用双层石墨烯作为有源区的波导光调制器，采用一种类似p-绝缘层-n的结构，直接利用石墨烯代替硅与金属电极形成接触，得到了0.16dBμm-1的调制深度，1GHz的响应宽度。 利用双层石墨烯作为有源区的波导光调制器 5.6 光调制器 5、应用前景 所以，石墨烯可以作为高性能可饱和吸收体制作激光器。 目前，基于石墨烯纳米片、石墨烯聚合物薄膜和石墨烯溶液等形式的石墨烯饱和吸收体已被广泛用于产生锁模脉冲。 科学家发现石墨烯因其独特的二维原子结构表现出优越的可饱和吸收特性，例如： 低饱和吸收光强度 宽波段可饱和吸收 可控的调制深度 光纤兼容 5.7 激光器 5、应用前景 浙江大学的高超教授创造了世界最轻的材料—石墨烯全碳气凝胶，0.16毫克每立方厘米。这是处理污染的绝佳材料。它能吸附石油，现有的吸油产品一般只能吸收自身质量10倍左右的有机溶剂，而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的900倍。 5.8 控制污染 5、应用前景 美国洛克希德马丁公司发明了能够生产低耗能薄膜的技术，从而可协助薄膜生产商研发新一代的低成本海水淡化设施。洛克希德马丁的工程师在薄膜上刻出大小只有一纳米的微孔。水分子可以穿过这些纳米微孔，盐分子则无法通过，而一纳米大约等于头发直径的四万分之一。它的厚度是目前市场上最好薄膜的五百分之一，强度却达到1000倍，过滤盐分所需的能源和压力是1/100。该公司预计在今年底研制出原型薄膜，并在一家逆渗透海水淡化厂进行测试，并于明年或后年大量生产新薄膜。 5.9 海水淡化 5、应用前景 石墨烯还可以应用于太阳能电池、锂电池、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。 中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带，食品包装甚至抗菌T恤。 用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管，石墨烯还可以取代灯具中的传统金属石墨电极,使之更易于回收。 这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。 5.10 其他应用 5、应用前景 知识回顾Knowledge Review 2-D graphene 1、石墨烯的简介 2、石墨烯的特性 3、石墨烯的制备方法 4、石墨烯的表征 5 、石墨烯的应用前景 报告目录 1、简介 2010年10月5日，瑞典皇家科学院，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位科学家,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。 1、简介