石墨烯调研报告.pptVIP

石墨烯王东2010年10月

调研报告的主要内容石墨烯的根本知识石墨烯的研究进展晶圆级石墨烯本人对该工程的假设干建议

石墨烯的根本知识C元素的同素异形体石墨〔Graphite〕——层状结构，每一层中的碳按六方环状排列，上下相邻层通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。金刚石〔Diamond〕——四面体结构，四个碳原子占据四面体的顶点。

石墨烯的根本知识富勒烯〔Fullerene〕C60球棍模型1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。克罗托获得1996年度诺贝尔化学奖。随后又陆续发现C70等一系列由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球或椭球结构的共轭烯结构，以建筑学家富勒命名为富勒烯。

石墨烯的根本知识纳米碳管(CarbonNanotube)在1991年日本NEC公司根底研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“CarbonNanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。碳纳米管一般分为单壁(右上)和多壁〔右下〕两种。

石墨烯的根本知识石墨烯(Graphene)2004年，曼彻斯特大学Geim教授、Novoselov博士和同事以微机械剥离法剥离层状石墨，发现了二维碳原子平面结构——石墨烯。高分辨STM图片a)石墨b)单层石墨烯3个C原子6个C原子

石墨烯的根本知识石墨烯的发现推翻了所谓“热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在”*的原有认知，震撼了整个物理界。因此其发现者A.K.Geim和K.S.Novoselov获得了2008年诺贝尔物理学奖的提名。*NovoselovKS,GeimAK,FirsovAA.Science,2004,306:666-669.

石墨烯的根本知识A.K.Geim和K.S.Novoselov已获2010年诺贝尔物理奖

石墨烯的根本知识什么是石墨烯？石墨烯——英文Graphene，命名来自英文graphite+-ene，是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构，是C元素的另外一种同素异形体。A.K.Geim教授认为，我们所熟知的石墨、纳米碳管和富勒烯等C的3维结构，是由单层石墨烯(SG)经过某种形变而形成的。

石墨烯的根本知识单层石墨烯富勒烯纳米碳管石墨AKGeimKSNovoselov.NatureMaterials,2007,6:183-191.

石墨烯的根本知识石墨烯的稳定性由于完美二维晶体不能在有限温度下稳定存在，近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上存在纳米级别的微观扭曲。NanoLetters,2009,9(5):2129-2132石墨烯在聚合物中的相变。a)加热前；b)加热后

石墨烯的根本知识石墨烯的种类Single-layerGraphene(SG)Bi-layerGraphene(BG)Few-layerGraphene(FG)〔层数10〕石墨烯层间以范德华力（VanDerWaals）结合石墨烯的层数不同，性质也随之产生很大差异。

石墨烯的根本知识石墨烯家族的其它成员石墨烷(Graphane)氢化石墨烯(Graphone)氧化石墨烯(GrapheneOxide)

石墨烯的根本知识石墨烯的独特性质最薄——单层原子厚、准二维强度最高〔~1060GPa〕惊人的热导率〔3000Wm-1K-1〕和硬度极高的载流子迁移率——105cm2V–1s–1量级载流子的有效质量为0——弹道输运室温半整数量子霍尔效应电导率永不消失石墨烯的独特性质是由其独特的结构所决定的。

石墨烯的根本知识石墨烯C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键(蓝)，相邻两个键之间夹角约为120°；第4个电子为公共，形成弱π键(紫)，为平面结构。金刚石C原子外层四个电子通过sp3杂化，形成较强σ键，为四面体结构，相邻两个键之间夹角约为109°。

石墨烯的根本知识石墨烯的能带结构〔一〕载流子为无静止质量的狄拉克-费米子，需用相对论量子力学来描述。PhysicsToday(2007)

石墨烯的根本知识石墨烯的能带结构〔