石墨烯—新材料课件.pptVIP

高分子材料与工程 2019 年 3 月 16 日星期六 一 、石墨烯是什么 ? ? 一种由碳原子以 sp2 杂化轨 ? 2019 年，英国曼彻斯特大 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 . 学物理学家 安德烈 · 海姆 (Andre Geim) 和康斯坦 丁 · 诺沃肖洛 (Konstantin Novoselov) ，成功地在实 验中从 石墨 中分离出石墨 烯，而证实它可以单独存 在，两人也因“在二维石 墨烯材料的开创性实验”， 共同获得 2019 年诺贝尔物 理学奖。 二、石墨烯分类 单层石 墨烯 石墨 烯 双层石 墨烯 少层石 墨烯 单层石墨烯（ Graphene ） ? 概念：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性 紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯 （ Bilayer or double-layer graphene ） ? 概念：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性 紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括 AB 堆垛， AA 堆 垛， AA‘ 堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯 （ Few-layer or multi-layer graphene ） ? 概念：指由 3-10 层以苯环结构（即六角形蜂巢结构） 周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括 ABC 堆垛， ABA 堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 三、石墨烯部分参数 ? 电子迁移率 15000cm2/(v s) ? 杨氏模量 1100GPa ? 断裂强度 130GPa ? 导热系数 5300W/(m K) ? 理论比表面积 2630m2/g ? 可见光透过率 ≥ 97.7% ? 电阻率只约 10 -8 Ω·m, 比铜或银更低 . 四、石墨烯前景 ? 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的 纳米材料 。 航天领 域 移动设 备 新能源 电池 石墨烯 移动设备 —— 可自由弯曲手机 ? 韩国三星公司在研制课弯曲显示屏上技术最成熟。多层石墨烯 等材料组成的透明可弯曲显示屏，相信大规模商用指日可待。 （中科院重庆绿色智能技术研究所的石墨烯手机已经上市了） 新能源电池 ? 电池：将石墨烯放在氯化铜 (copper chloride) 溶液中，进行 观察。 LED 灯亮了。 6 个石墨烯电路，形成串联，这样就可 产生所需的 2V ，使 LED 灯发亮。 新能源电池 ? 超级电容器：由于石墨烯的特性，研制成快速充电电池， 其速度是普通电池的 1000 多倍。西班牙 Graphenano 公司已 经研制出石墨烯聚合材料电池，充电时间不足 10 分钟，可 跑最多 1000 公里。 航空航天领域应用 ? 石墨烯的高导电性、高强度、超轻薄等特性，可开发应用 于航天领域的传感器，以便更精确对地球高空大气层的微 量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在 超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用 .