石墨烯英文版资料ppt课件.ppt

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1、在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Content Introduction to graphene.Preparation and characterization graphenePotential application of grapheneConclusions在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Graphene is a one-atom-thick planar sheet of sp2-bonded carbon atoms that

2、are densely packed in a honeycomb crystal lattice石墨烯是sp2键合的碳原子的单原子厚的平面片，其紧密地包装在蜂窝状晶格中The name graphene comes from graphite+-ene=grapheneHighresolutiontransmissionelectronmicroscopeimages(TEM)ofgrapheneIntroduction to grapheneMolecularstructureofgraphene在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出

3、的问题也很明确A.K.Geim&K.S.Novoselov.The rise of graphene.Nature Materials Vol.6,183-191(2007).Introduction在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Introduction-Electronicproperties电性能-Thermalproperties热性能-Mechanicalproperties机械-Opticalproperties光性能-Relativisticchargecarriers相对电荷载体Anomalousqua

4、ntumHalleffect异常量子霍尔效应Properties of grapheneElectronicproperties-Highelectronmobility(atroomtemperature200.000cm2/(Vs),ex.SiatRT1400cm2/(Vs),carbonnanotube:100.000cm2/(Vs),organicsemiconductors(polymer,oligomer):10cm2/(Vs)-Resistivityofthegraphenesheet106cm,lessthantheresistivityofsilver(Ag),thelowe

5、stresistivitysubstanceknownatroomtemperature(electricalresistivityisalsoastheinverseoftheconductivity(sigma),ofthematerial,orWheredisthedriftvelocityinm/s(SIunits)EistheappliedelectricfieldinV/m(SI)isthemobilityinm2/(Vs),inSIunits.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确IntroductionPro

6、perties of graphene-High Youngs modulus(1,100 Gpa)高杨氏模量High fracture strength(125 Gpa)高断裂强度-Monolayer graphene absorbs 2.3%of white light(97.7%transmittance),where is the fine-structure constant.MechanicalpropertiesOpticalpropertiesArepresentationofadiamondtipwithatwonanometerradiusindentingintoasin

7、gleatomicsheetofgraphene(Science,321(5887):385)-Graphene is as the strongest material ever measured,some 200 times stronger than structural steel石墨烯是最强的材料，比结构钢强200倍在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Brief history of grapheneThetermgraphenefirstappearedin1987todescribesinglesheetso

8、fgraphiteasoneoftheconstituentsofgraphiteintercalationcompounds(GICs).Largergraphenemoleculesorsheets(sothattheycanbeconsideredastrueisolated2Dcrystals)cannotbegrowneveninprinciple.Inthe1930s,LandauandPeierls(andMermin,later)showedthermodynamicsprevented2-dcrystalsinfreestate,anarticleinPhysicsToday

9、reads:术语石墨烯首次出现在1987年，描述单石墨作为石墨层间化合物（GIC）的成分之一。更大的石墨烯分子或片（使得它们可以被认为是真正隔离的2D晶体）甚至在原理上也不能生长。在20世纪30年代，Landau和Peierls（和Mermin，后来）显示热力学阻止2-d晶体在自由状态，物理今天的一篇文章Fundamentalforcesplaceseeminglyinsurmountablebarriersinthewayofcreating2Dcrystals.Nascent2Dcrystallitestrytominimizetheirsurfaceenergyandinevitably

10、morphintooneoftherichvarietyofstable3Dstructuresthatoccurinsoot.Butthereisawayaroundtheproblem.Interactionswith3Dstructuresstabilize2Dcrystalsduringgrowth.Soonecanmake2Dcrystalssandwichedbetweenorplacedontopoftheatomicplanesofabulkcrystal.Inthatrespect,graphenealreadyexistswithingraphite.Onecanthenh

11、opetofoolNatureandextractsingle-atom-thickcrystallitesatalowenoughtemperaturethattheyremaininthequenchedstateprescribedbytheoriginalhigher-temperature3Dgrowth.”基本力量在创建2D2D晶体 的方式中存在看似不可逾越的障碍.新颖的2D2D微晶试图最小化其表面能，并并且不可避免地变成在烟炱炱中发生的丰富多样的稳定的3D3D结构构之一。但是有一个个解决决问题的方法。与与3D3D结构构的相互作用在生长期间稳定2D2D晶体。因此，可以使2D2D晶体

12、夹在块体晶体的原子平面之间或放置在其上。在这方面，石墨烯已经存在于石墨中.然后，人们可以希望愚弄自然，并并在足够低的温温度下提取单原子厚的微晶，使得它它们保持在由原始的较高温温度的3D3D生长规定的淬火状状态。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确In 2004:Andre Geim and Kostya Novoselov at Manchester University managed to extract single-atom-thick crystallites(graphene)from bulk graphit

13、e:Pulled out graphene layers from graphite and transferred them onto thin silicon dioxide on a silicon wafer in a process sometimes called micromechanical cleavage or,simply,the Scotch tape technique.Since 2004,an explosion in the investigation of graphene in term of synthesis,characterization,prope

14、rties as well as specifical potential application were reported.在2004年：曼彻斯特大学的Andre Geim和Kostya Novoselov设法从块状石墨中提取单原子厚的微晶（石墨烯）：从石墨中拉出石墨烯层，并将其转移到硅晶片上的薄二氧化硅上，有时称为微机械 切割，或简单地，苏格兰带技术。自2004年以来，报告了石墨烯在合成，表征，性质以及特异性潜在应用方面的研究中的爆炸。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Preparation and charact

15、erization graphenePreparation methodsTop-down approach(From graphite)自上而下的方法Bottom up approach自下而上的方法（来自碳前体）(from carbon precursors)-Bychemicalvapourdeposition(CVD)ofhydrocarbon-ByepitaxialgrowthonelectricallyinsulatingsurfacessuchasSiC-TotalOrganicSynthesis-Micromechanicalexfoliationofgraphite(Scot

16、chtapeorpeel-offmethod)-Creationofcolloidalsuspensionsfromgraphiteoxideorgraphiteintercalationcompounds(GICs)Ref:Carbon,4 8,2 1 2 7 2 1 5 0(2 0 1 0)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确制备方法-石墨的微机械剥离（胶带或剥离法）-由氧化石墨或石墨层间化合物（GIC）形成胶体悬浮液-通过烃的化学气相沉积（CVD）-通过在电绝缘表面上外延生长例如SiC-总有机合成在整堂课的教学中，刘

17、教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Characterization methods 表征方法Scanning Probe Microscopy(SPM):-Atomic force microscopes(AFMs)-Scanning tunneling microscopy(STM)Raman SpectroscopyTransmission electron Microscopy(TEM)X-ray diffraction(XRD)Atomicforcemicroscopyimagesofagraphiteoxidefilmdeposi

18、tedbyLangmuir-Blodgettassembly在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确TEMimagesshowthenucleationof(c)one,(d)three,or(e)fourlayersduringthegrowthprocessRaman SpectroscopyTransmission electron Microscopy(TEM)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确XRDpatternsof400um diamete

19、r graphite flakes oxidized for various lengths of time.X-ray diffraction(XRD)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Top-down approach(From graphite)GraphiteoxidemethodGraphiteintercalationcompoundDirectexfoliationofgraphitePreparation methods and discussions在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问

20、题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Nature nanotechnology,vol 4,APRIL(2009)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确DirectexfoliationofgraphiteMicromechanicalexfoliationofgraphite(Scotchtapeorpeel-offmethod).Seebelowvideo在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Directexfoliationofgr

21、aphiteDispersionsofmicrocrystallinesyntheticgraphitehaveaconcentrationof0.03mgmL-1.DispersionsofexpandedgraphiteandHOPGarelessconcentrated(0.02mgmL-1).在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Graphene sheets ionic-liquid-modified by electrochemistry using graphite electrodes.石墨烯片通过使用石墨电

22、极的电化学离子液体改性Directexfoliationofgraphite石墨的直接剥落在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确FromgraphiteintercalationcompoundQuangTrungTruongandDaiSooLee,IC-ME&D2010,Sunchon,Korea(Manuscript for Journal of nanosciences and nanotechnology)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确F

23、ig.1.XRDpatternsofNG,ternaryNG-Li-THFandGICsofNGwithTAAB:tetramethyl(NG-TMAB),tetraethyl-(NG-TEAB)andtetrapropyl-(NG-TPAB).Gdenotedgraphitephase(002)andasterisk*denotedunidentifiedphases.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确J.Mat

24、er.Chem.2005,15,974.2005,15,974.Graphiteintercalationcompound在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Graphiteoxidemethod(Mostcommonandhighyieldmethod)石墨氧化法（最常见和高产量法）GraphiteOxidation(Hummersmethod)H2SO4/KMnO4H2SO4/KClO3OrH2SO4/HNO3.H2OUltrasonication(exfoliation)GraphiteOxideGrapheneOx

25、idemonolayerorfewlayersFuctionalization(forbetterdispersion)MakingcompositewithpolymersChemicalreductiontorestoregraphiticstructures在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确More intercalation for better exfoliation to monolayers更多的插层，更好的去角质成单层Graphite oxide石墨氧化物Graphiteoxidemethod在整堂课的教

26、学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Potential application of graphene-Single molecule gas detection-Single molecule gas detection单分子气气体检测-Graphene transistors-Graphene transistors石墨烯晶体管-Integrated circuits-Integrated circuits集成电路-Transparent conducting electrodes for the replacement of I

27、TOTransparent conducting electrodes for the replacement of ITO-用于替代ITOITO的透明导电电极极-Ultracapacitors Ultracapacitors超级电容器-Graphene biodevicesGraphene biodevices石墨烯生物装置-Reinforcement for polymer Reinforcement for polymer nanocompositesnanocomposites:Electrical,thermally conductive Electrical,thermally c

28、onductive nanocompositesnanocomposites,antistatic coating,transparent conductive antistatic coating,transparent conductive composites.ectcomposites.ect 聚合物纳米复合材料的增强：电气，导热纳米复合材料，抗静电涂层，透明导电复合材料在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Electrical,thermally conductive nanocompositesElectrica

29、l,thermally conductive nanocomposites电气气，导热纳米复复合材料Nature,Vol.442,20,July(2006)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Transparent conducting electrodesTransparent conducting elec

30、trodes 透明导电电极极在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确Reinforcement for polymer nanocompositesReinforcement for polymer nanocomposites聚合物纳米复复合材料的增强ACS Nano,2009,3(12),pp 38843890在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确

31、CONCLUSIONGraphenehasaninterestinghistory,butmanynowwonderaboutitsfuture.Thesubjectofconsiderablescholarlydebate,itdoesseemreasonabletoassertafewthingslookingahead:First,thequalityandavailabilityof“synthetic”graphene will continue to improve.Whetherhighqualitymaterialcomesintheformofanalternativeche

32、micalroutetothecomplete exfoliation of graphite orfromoptimizationofthethermalprocessesrequiredforsubstrate-basedmethods,thereisnosignthatsynthetic techniques are nearing their upper limit.Thismeansthatdeviceengineerswillhave ample access to improved materials for developing novel structures and fin

33、ding ways to integrate graphene into present-day electronic devices.Second,chemical modification of graphenes basal plane or its edges will substantially influence graphene-based devices.Forelectronicapplications,onecanimaginethe attachment of functional groups aimed at self-assembly of simple circu

34、its or the incorporation of chemical dopants to limit leakage current under zero gate bias.Forsensors,lockand-keytypebindingsitescouldprovideselectivesensitivitytoawidevarietyofanalytes.Thesemightincludechemicalwarfareagentsorevenbiologicalspecies.Third,industrial use of graphene as a transparent co

35、nductor could have huge implications for the solar industry.Assyntheticroutesimprove,theprospectofreplacingITOwithalow-costcarbon-basedcoatingseemsfeasible.Thiswouldnotonlyremovesignificantuncertaintyabouttheavailabilityandcostofindiumbutalsoenablenonevaporativeroll-torollprocessingoftransparentcond

36、uctors.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确石墨烯有一个有趣的历史，但许多人现在想知道它的未来。作为相当学术辩论的主题，确定一些前瞻性的东西似乎是合理的：首先，“合成”石墨烯的质量和可用性将继续改善。无论高质量材料是以石墨的完全剥落还是优化基于基底的方法所需的热工艺的替代化学途径的形式，没有迹象表明合成技术接近它们的上限。这意味着器件工程师将能够充分获得改进的材料，用于开发新型结构并寻找将石墨烯结合到当今电子器件中的方法。第二，石墨烯的基面或其边缘的化学改性将基本上影响基于石墨烯的器件。对于电子应用，可以想象用于简单电路的自组装或者掺杂化学掺杂剂以在零栅极偏压下限制泄漏电流的官能团的连接。对于传感器，锁和键型结合位点可以为多种分析物提供选择性灵敏度。这些可能包括化学战剂或甚至生物物种。第三，工业使用石墨烯作为透明导体可能对太阳能工业有巨大的影响。随着合成路线的改进，用低成本碳基涂层替代ITO的前景似乎是可行的。这不仅消除了铟的可用性和成本的显着不确定性，而且使得能够进行透明导体的非蒸发卷到卷处理。