化三佟麟皓碳单质及其应用.ppt

1,碳单质,碳 4种同素异形体,石墨,碳纳米管,金刚石,富勒烯C60, C70, C140,碳纳米管,石墨,金刚石,C60,石墨烯,石墨是大家很熟悉的名字，因为我们日常用的铅笔芯就是石墨制成的。中国是石墨产量大国，每年生产大约八十万吨，占世界产量70%左右。,3,过渡型晶体，层内C sp2杂化，C-C共价键；层-层之间范德华力；层上、下有nn离域键 。层内：142 pm, 层间：335 pm. 离域键 导电、导热；层内C-C共价键耐高温、化学惰性；层状结构解理性。,1. 石墨,无定型C：石墨的一种。活性C作脱色剂 、还原剂。,插入型或层间化合物 例如：C8K,墨烯的发现,正是由于网与网之间结合力不强，才导致石墨烯的发现。所谓石墨烯，就是单层网状石墨当然，有人愿意将石墨这个名字留给立体结构的石墨，而给平面结构的石墨单独一个名字，石墨烯。单层石墨烯非常薄，考虑到石墨中的两层网之间的距离是0.335纳米，石墨烯还不到这个厚度，所以是透明的。两位俄国人，Andre Geim 和Konstantin Novoselov，由于在制作石墨烯上面的先驱作用以及研究石墨烯的性质获得今年诺贝尔物理学奖。Geim和Novoselov都在曼切斯特大学工作（我们可能对英国著名足球俱乐部曼联更加熟悉），Geim是那里的教授，而Novoselov由于年轻，只有36岁，还只是一位普通研究人员。有趣的是，在曼切斯特大学物理天文学院的主页上， Novoselov在祝贺他们获得获奖的新闻中被称为教授。他们在做出开创性的发现之后六年就获得了诺贝尔奖。,石墨烯的特殊性质,石墨烯有特殊的力学性质，当片状物足够大之后，结构是稳定的，而且强度超过单层铁（想象中的产物）强度的一百倍。一张一米见方的石墨烯可承重大约4公斤，也就是说，如果用一米见方的石墨烯做成吊床，一直猫可以安安稳稳地躺在上面睡觉（下图）。最近，用一种新方法，已经可以制造宽度为70厘米的石墨烯了,石墨烯的神奇之处,石墨烯还有很好的光学性质，它几乎是透明的，吸光率只有2.3%。因为透明，一张吊床根本看不见，一只猫躺在上面像是悬空一样。 石墨烯还有很好的导电性，这是物理学家最感兴趣的性质。每个碳原子有一个自由电子，所以石墨烯的导电性能非常好。还是用一平米的石墨烯吊床做例子，它的电阻只有31欧姆。另外，石墨烯的导热性能很好，比铜还要好十倍。 由于石墨烯是透明的并且导电性能好，未来可能应用于制造触摸屏，以及太阳能电池。我想，这可能是这个发现能够获得诺贝尔奖的重要原因,石墨烯晶体管,晶体管的运行频率取决于其大小和电子移动速度，而大小因素正是半导体行业不断追求更先进工艺硅晶体管的驱动力之一。与硅相比，石墨烯内的电子移动速度非常快，所以能制造出高速度、高性能的晶体管。 IBM的最新成果除了让石墨烯晶体管的频率突破1GHz，更重要的是还首次确立了尺度行为，比如性能对大小的依赖性。科研人员们发现，在门信号宽度达到150纳米的时候，石墨烯晶体管的运行频率可以达到空前的26GHz，而现在微处理器里的硅晶体管在极限超频状态下也不过8GHz左右。 IBM还预计，如果能将门信号宽度缩小到50纳米，石墨烯晶体管的频率就有望突破1THz，也就是1000GHz。 接下来，IBM一方面会改进材料，进一步增强性能，另一方面会开发基于高性能石墨烯晶体管的射频电路。,1/300光速的理论极限,前几天，美国宾夕法尼亚大学刚刚宣布研制出100mm的纯石墨烯晶圆，IBM则在第二天的科学杂志上展示了迄今为止频率最高的射频石墨烯晶体管，速度可达到100Ghz（每秒1000亿次），而此前的最好成绩是40Ghz。 据了解，如此高频率是在晶圆尺度外延生长的石墨烯上获得的，所使用的处理工艺和目前广泛应用的硅设备制造技术也是兼容的。统一、高质量的石墨烯晶圆在碳化硅(SiC)衬底上利用热分解合成，而石墨烯晶体管本身基于金属顶栅架构，以及一个由聚合物、高介电常数氧化物组成的栅极绝缘层。 制造中，他们使用了硅升华技术，去除了碳化硅晶圆中所有的硅，仅留下碳原子组成的石墨烯结构。 该晶圆中包含的是石墨烯组成的场效应管元件，研究人员近期就会对其性能进行测试。下一步，他们还计划改进结构，提升电子在石墨烯中的运行速度，已接近1/300光速的理论极限。,Transitional Page,I have several expressions and can provide additional comments for your presentation, search the Premium