石墨烯学习教程.pptx

一维三维二维零维第1页/共19页发现过程 安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫将石墨分离成小碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用普通的塑料胶带黏住薄片的两侧，撕开胶带，薄片就一分为二，不断重复，最后仅剩下一层碳，便得到了石墨烯。并获得2010诺贝尔物理奖。打破了二维单原子长程有序晶体在非绝对零度不能存在的观点。第2页/共19页世界上最硬的物质竟然存在于铅笔中第3页/共19页世界上最软的矿物质石墨世界上强度最大的石墨烯将石墨中的一层抽出第4页/共19页六角形，蜂巢晶格状单原子层片状碳原子sp2杂化定义关键词0.335nm，头发丝的20万分之一第5页/共19页优点结构稳定韧性很好硬度最大强度最高导电性能最好导热系数高电阻率低透光性好由于以上优异的性能使得石墨烯有无比巨大的发展空间，未来可应用于电子，航天，光等各个领域，很有研究价值。比表面积大第6页/共19页 结构稳定，c-c键1.42埃，键能大，c-c键连接柔韧，碳原子面可弯曲。强度大，石墨烯制成普通厚度的食品袋，可承受2吨压力。硬度比钻石还硬，是世界上最好钢铁的100倍。透光性好，只吸收2.3的光。电阻率10-8 m铜1.7 10-8 m导热系数5300W/mk铜380W/mk，碳纳米管3500W/mk电子迁移率为光的1/300比在硅内快100倍计算及元件中104m/s砷化镓中5105m/s几组数字第7页/共19页石墨烯的制备方法机械分离法化学气相沉积法（CVD法）氧化还原法加热SiC法溶剂剥离法取向附生法第8页/共19页臼式研磨仪搅拌球磨行星球磨机械分离法HOPG（高定向热解石墨）用胶带粘，层层剥离。12对石墨晶体施加机械力，分离石墨烯第9页/共19页CVD法碳源在基体表面高温分解生长石墨烯碳源：烃类气体，苯类。生长基体：镍，铜，氧化镁，合金。生长条件：压力，温度（碳源分解温度），载气。渗碳析碳表面生长两种机制第10页/共19页氧化还原法天然石墨与强酸氧化反应生成氧化石墨，经超生分散弄成单层，最后加还原剂取掉含氧基团。还原剂：水合肼，硼氢化钠，对苯二酚。氧化剂：高锰酸钾，浓硫酸，过氧化氢。第11页/共19页溶剂剥离法将少量石墨分散于溶剂中，形成低浓度分散液，利用超声波破坏石墨间层范德华力，溶剂进入石墨层间，最后剥离出单层石墨烯。取向附生法高温把碳深入钌，降温后碳浮到钌表面，一层一层的长，最下面一层的碳与钌只有弱电偶和。第12页/共19页加热SiC法SiC外延法加热单晶6H-SiC脱出Si，将氧气或氢气刻蚀处理的样品在高真空下电子轰击，去氧化物，后加热到1250-1450度恒温1-20min。利用硅的高蒸汽压在高与1400的高真空下使硅挥发，剩余碳重排形成石墨烯。第13页/共19页机械分离法机械分离法 可以制备高质量的石墨烯，但产率低，无法实现工业化。CVD法法质量高，但条件要求高，需严格控制温度和压力，不经济。氧化还原法氧化还原法 产量高，成本低，可宏量制备，但是会带来缺陷，影响性能，造成废液污染。溶剂剥离法溶剂剥离法 可制备高质量石墨烯，但是产率低。取向附生法取向附生法 石墨烯薄片厚薄不均，且与基体的粘结会影响性能。加热加热SiC法法产生缺陷，制备单一厚度的石墨烯有困难，且SiC比较贵。优缺点对比第14页/共19页至今为止还未找到既可以满足大规模生产，成本又低(石墨烯的价格现在是钻石的15倍)，而且生产出的石墨烯质量又高的方法。因此对石墨烯生产工艺的研究已成为热点。第15页/共19页石墨烯的应用超级电容石墨烯手机石墨烯钢琴键盘石墨烯晶体管第16页/共19页石墨烯的应用控制噪声光子传感器储氢材料气体传感器防弹衣，纸片状飞机材料抗癌第17页/共19页第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页