人类目前最强功能材料石墨烯ppt课件.ppt

人类目前最强功能材料 1 2 比钻石还硬的材料 石墨烯 3 4 5 6 一 石墨烯概念二 发展简史三 石墨烯特性四 制备方法五 应用前景六 石墨烯材料的诞生获得2010年诺贝尔物理学奖七 国内生产状况八 石墨烯实例 目录 7 一 石墨烯概念 石墨烯具有诸多超乎人类想象的优越特性 第一 石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料 据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜 厚度约100纳米 那么它将能承受大约两吨重物品的压力 而不至于断裂 第二 石墨烯是世界上导电性最好的材料 电子在其中的运动速度达到了光速的1 300 远远超过了电子在一般导体中的运动速度 石墨烯市场售价大约5000元 克 比黄金贵15倍 广泛用于军事 电子工业领域 石墨烯在新能源领域如超级电容器 锂离子电池方面 由于其高传导性 高比表面积 可适用于作为电极材料助剂 8 石墨烯的来源 常见的天然石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠形成的 石墨的层间作用力较弱 很容易互相剥离 形成较薄的石墨片 当把石墨片剥成单层之后 形成的一个碳原子厚度的单层就是石墨烯 是碳的二维结构 厚度只有0 335纳米 把20万片薄膜叠加到一起 也只有一根头发丝那么厚 英国曼彻斯特大学的两位科学家科斯提亚 诺沃谢夫和安德烈 盖姆因为首先发现石墨烯获得2010年度的诺贝尔物理学奖 石墨烯的应用范围广阔 根据石墨烯超薄 强度超大的特性 石墨烯可被广泛应用于各领域 比如超轻防弹衣 超薄超轻型飞机材料等 根据其优异的导电性 使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力 石墨烯有可能会成为硅的替代品 制造超微型晶体管 用来生产未来的超级计算机 碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度 9 一 石墨烯材料的简介 1 定义石墨烯 Graphene 是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料 厚度只有0 335纳米 仅为头发的20万分之一 是构建其它维数碳质材料 如零维富勒烯 一维纳米碳管 三维石墨 的基本单元 具有极好的结晶性 力学性能和电学质量 石墨烯的理论比表面积高达2600m2Pg 具有突出的导热性能 3000W m 1 K 1 和力学性能 1060GPa 以及室温下较高的电子迁移率 15000cm2 V 1 s 1 此外 它的特殊结构 使其具有半整数的量子霍尔效应 永不消失的电导率等一系列性质 因而备受关注 10 2 发现Graphene 石墨烯 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚 诺沃谢夫 KostyaNovoselov 和安德烈 盖姆 AndreGeim 发现的 他们使用的是一种被称为机械微应力技术 micromechanicalcleavage 的简单方法 正是这种简单的方法制备出来的简单物质 石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识 任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在 现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在 而且十分稳定的存在于通常的环境下 11 一直以来理论和实验界都认为严格的二维晶体无法在非绝对零度稳定存在 这一假设直到2004年英国Manchester大学的Geim等人发现单层石墨烯 graphene 后才得以改变 他们采用一种简单的 微机械力分裂法 microfolitation 制备了一种单原子厚度的碳膜 这种两维碳材料表现了很高的结晶度而且异乎寻常地稳定 这一发现立刻震撼了科学界 随后这种新型碳材料成为材料学和物理学领域的一个研究热点 12 康斯坦丁 诺沃肖洛夫安德烈 海姆 13 3 结构完美的石墨烯是二维的 它只包括六角元胞 等角六边形 如果有五角元胞和七角元胞存在 那么他们构成石墨烯的缺陷 如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲 12个五角元胞的会形成富勒烯 碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯 可见 石墨烯是构建其它维数碳质材料 如零维富勒烯 一维纳米碳管 三维石墨 的基本单元 14 15 三 石墨烯材料的性质 1 力学性质 比钻石还要硬 数据转换分析 在石墨烯样品微粒开始碎裂前 它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2 9微牛 据科学家们测算 这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂 如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的 厚度约100纳米 石墨烯 那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断 换句话说 如果用石墨烯制成包装袋 那么它将能承受大约两吨重的物品 打个比方说单层石墨烯的强度 就像把大象的重量加到一支铅笔上 才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的单层石墨烯 16 实验证明从铅笔石墨中提取的石墨烯 竟然比钻石还坚硬 强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍 这项科学发现刊登于近期的 科学 杂志 作者是两位哥伦比亚大学的研究生 来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴 ChangguLee etal GrapheneMeasurementoftheElasticPropertiesandIntrinsicStrengthofMonolayerScience321 385 2008 17 Dreams 对于强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍的石墨烯 如果能加以利用 不仅可以造出纸片般薄的超轻型飞机材料 超坚韧的防弹衣 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯 实现人类坐电梯进入太空的梦想 美国国家航空航天局 NASA 悬赏400万美金鼓励科学家们进行这种电梯的开发 实现人类梦想 18 2 出色的电学性质 电子运输碳原子有四个价电子 这样每个碳原子都贡献一个未成键的 电子 这些 电子与平面成垂直的方向可形成轨道 电子可在晶体中自由移动 赋予石墨烯良好的导电性 此外 石墨烯是具有零带隙的能带结构 19 3 导电性 石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧 当施加外部机械力时 碳原子面就弯曲变形 从而使碳原子不必重新排列来适应外力 也就保持了结构稳定 这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性 石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1 300 远远超过了电子在一般导体中的运动速度 这使得石墨烯中的电子 或更准确地 应称为 载荷子 electricchargecarrier 的性质和相对论性的中微子非常相似 石墨烯有相当的不透明度 可以吸收大约2 3 的可见光 而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现 20 4 电子的相互作用 石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈 而且电子和电子之间也有很强的相互作用 21 5 其它特殊性质石墨烯具有明显的二维电子特性 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描述比薛定谔方程更好可控渗透性离子导电体各向异性超电容性 22 其它应用 pH传感器气体分子传感器储氧材料药物控制释放离子筛作为电极材料 23 电子显微镜下观测的石墨烯片 其碳原子间距仅0 14纳米 24 韩国成均馆大学和三星公司的研究人员已经制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲显示屏 石墨烯的材质优点总结 其导电性能比铜还好几倍 坚硬比钢铁大10倍而且极轻 由此可见可用于飞机制造来减少重量与避弹衣制造 石墨烯的应用前景 太空电梯缆线 替代硅生产超级计算机 光子传感器 液晶显示材料 新一代太阳能电池等领域 瑞典和美国的科学家使用神奇的石墨烯材料的发光面板 总有一天也许会让基本的灯泡变成多余的 25 薄得像纸一样的iPhone概念手机 26 二 发展简史 石墨烯出现在实验室中是在2004年 当时 英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈 杰姆和克斯特亚 诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片 他们从石墨中剥离出石墨片 然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上 撕开胶带 就能把石墨片一分为二 不断地这样操作 于是薄片越来越薄 最后 他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片 这就是石墨烯 这以后 制备石墨烯的新方法层出不穷 经过5年的发展 人们发现 将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜 人们发现 石墨烯具有非同寻常的导电性能 超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性 它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命 27 在石墨烯中 电子能够极为高效地迁移 而传统的半导体和导体 例如硅和铜远没有石墨烯表现得好 由于电子和原子的碰撞 传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量 目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70 80 的电能 石墨烯则不同 它的电子能量不会被损耗 这使它具有了非同寻常的优良特性 28 普通电容器和超级电容器结构 超级电容器不同于电池 在充放电时不会发生化学反应 电能的存储或释放都是通过静电场建立的物理过程完成的 29 三 石墨烯特性 电子运输在发现石墨烯以前 大多数 如果不是所有的话 物理学家认为 热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在 所以 它的发现立即震撼了凝聚态物理界 虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在 但是单层石墨烯在实验中被制备出来 这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲 石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为 其霍尔电导 2e h 为量子电导的奇数倍 且可以在室温下观测到 这个行为已被科学家解释为 电子在石墨烯里遵守相对论量子力学 没有静质量 30 31 三 石墨烯特性 导电性石墨烯结构非常稳定 迄今为止 研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况 石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧 当施加外部机械力时 碳原子面就弯曲变形 从而使碳原子不必重新排列来适应外力 也就保持了结构稳定 这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性 石墨烯中的电子在轨道中移动时 不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射 由于原子间作用力十分强 在常温下 即使周围碳原子发生挤撞 石墨烯中电子受到的干扰也非常小 32 富勒烯 左 和碳纳米管 中 都可以看作是由单层的石墨烯通过某种方式卷成的 而石墨 右 是由多层石墨烯通过范德华力的联系堆叠成的 33 三 石墨烯特性 石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1 300 远远超过了电子在一般导体中的运动速度 这使得石墨烯中的电子 或更准确地 应称为 载子 electricchargecarrier 的性质和相对论性的中微子非常相似 石墨烯有相当的不透明度 可以吸收大约2 3 的可见光 而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现 34 三 石墨烯特性 机械特性石墨烯是人类已知强度最高的物质 比钻石还坚硬 强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍 哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究 在试验过程中 他们选取了一些之间在10 20微米的石墨烯微粒作为研究对象 研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上 这些孔的直径在1 1 5微米之间 之后 他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力 以测试它们的承受能力 35 用AFM探针在石墨烯上 书写 纳米线 36 研究人员发现 在石墨烯样品微粒开始碎裂前 它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2 9微牛 据科学家们测算 这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂 如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的 厚度约100纳米 石墨烯 那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断 换句话说 如果用石墨烯制成包装袋 那么它将能承受大约两吨重的物品 37 三 石墨烯特性电子的相互作用利用世界上最强大的人造辐射源 美国加州大学 哥伦比亚大学和劳伦斯 伯克利国家实验室的物理学家发现了石墨烯特性新秘密 石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用 科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的 先进光源 ALS 电子同步加速器 这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上X射线强度的1亿倍 科学家利用这一强光源观测发现 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈 而且电子和电子之间也有很强的相互作用 38 石墨烯的蜂窝晶格 39 三 石墨烯特性化学性质我们至今关于石墨烯化学知道的是 类似石墨表面 石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子 从表面化学的角度来看 石墨烯的性质类似于石墨 可利用石墨来推测石墨烯的性质 石墨烯化学可能有许多潜在的应用 然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍 缺乏适用于传统化学方法的样品 这一点未得到解决 研究石墨烯化学将面临重重困难 40 石墨烯实例 照片 单层石墨烯生长在铜箔表面 照片 石墨烯生长于4 硅片表面基材为Ni SiO2 Si 41 石墨烯结果 SEM 单层石墨烯在铜箔表面 Raman光谱 单层石墨烯 42 四 制备方法微机械分离法最普通的是微机械分离法 直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来 2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯 并可以在外界环境下稳定存在 典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦 体相石墨的表面会产生絮片状的晶体 在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯 但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片 其尺寸不易控制 无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本 43 通过粘贴Scotch胶带的 机械剥离法 制作石墨烯的顺序 44 四 制备方法取向附生法 晶膜生长取向附生法是利用生长基质原子结构 种 出石墨烯 首先让碳原子在1150 下渗入钌 然后冷却 冷却到850 后 之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面 镜片形状的单层的碳原子 孤岛 布满了整个基质表面 最终它们可长成完整的一层石墨烯 第一层覆盖80 后 第二层开始生长 底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用 而第二层后就几乎与钌完全分离 只剩下弱电耦合 得到的单层石墨烯薄片表现令人满意 但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀 且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性 另外PeterW Sutter等使用的基质是稀有金属钌 45 中国科学院物理研究所利用含碳的钌单晶在超高真空环境下经高温退火处理可以使碳元素向晶体表面偏析形成外延单层石墨烯薄膜 46 四 制备方法加热SiC法该法是通过加热单晶6H SiC脱除Si 在单晶 0001 面上分解出石墨烯片层 具体过程是 将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热 除去氧化物 用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后 将样品加热使之温度升高至1250 1450 后恒温1min 20min 从而形成极薄的石墨层 经过几年的探索 Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯 其厚度由加热温度决定 制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难 47 利用NTT物性科学基础研究所正在开发的SiC热分解法制作的SiC基板上的石墨烯 右 实际分布有1 多层的石墨烯 48 四 制备方法包信和等开发了一条以商品化碳化硅颗粒为原料 通过高温裂解规模制备高品质无支持 Freestanding 石墨烯材料的新途径 通过对原料碳化硅粒子 裂解温度 速率以及气氛的控制 可以实现对石墨烯结构和尺寸的调控 这是一种非常新颖 对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法 49 四 制备方法化学解理法化学解理法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法 氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应 迅速放出气体 使得氧化石墨层被还原的同时解理开 得到石墨烯 这是一种重要的制备石墨烯的方法 天津大学杨全红等用低温化学解理氧化石墨的方法制备了高质量的石墨烯 50 上图为高定向热解石墨 HOPG 下图为从HOPG撕出来 置于厚度300nm的二氧化矽表面的石墨片烯 左下角浅色三角形为单层石墨片烯 其余为1 5层不等 51 四 制备方法化学还原法化学还原法是将氧化石墨与水以1mg mL的比例混合 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质 加入适量肼在100 回流24h 产生黑色颗粒状沉淀 过滤 烘干即得石墨烯 SashaStankovich等利用化学分散法制得厚度为1nm左右的石墨烯 52 五 应用前景在纳电子器件方面的应用2005年 Geim研究组 3J与Kim研究组H发现 室温下石墨烯具有l0倍于商用硅片的高载流子迁移率 约10am V s 并且受温度和掺杂效应的影响很小 表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性 300K下可达0 3m 这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势 使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能 较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间 超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势 此外 石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能 使探索单电子器件成为可能 53 贝尔实验室的Fulton等人制成的128Mbit石墨烯单电子存储器芯片照片 54 五 应用前景 代替硅生产超级计算机科学家发现 石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料 石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路 高频电路是现代电子工业的领头羊 一些电子设备 例如手机 由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中 它们被要求使用越来越高的频率 然而手机的工作频率越高 热量也越高 于是 高频的提升便受到很大的限制 由于石墨烯的出现 高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了 这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力 研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品 能用来生产未来的超级计算机 55 超级计算机芯片 目前世上电阻率最小的材料 电阻率仅为10 6 cm 56 五 应用前景 光子传感器石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上 这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的 现在 这个角色还在由硅担当 但硅的时代似乎就要结束 去年10月 IBM的一个研究小组首次披露了他们研制的石墨烯光电探测器 接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了 因为石墨烯是透明的 用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性 57 氧化石墨烯 四 石墨烯的应用 Dikin等制成了无支撑氧化石墨烯纸状材料 氧化石墨烯片是以一种接近平行的方式相互连接或瓦片式连接在一起形成的 拉伸试验表明氧化石墨烯纸具有较高的拉伸模量和断裂强度 其平均模量为32GPa 性能与用类似方法制备的碳纳米管布基纸相当 58 微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力 研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品 能用来生产未来的超级计算机 曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制作出晶体管 从一小片石墨烯片层开始 采用电子束曝光在材料上刻出沟道 在被称为中央岛的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点 电压可以改变这些量子点的电导率 这样就可以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态 可在26GHz频率下运作可望使该种材料超越硅的极限 达到100GHz以上的速度跨入兆赫 terahertz 领域 59 双层石墨烯可降低元器件电噪声 美国IBM公司T J 沃森研究中心的科学家 最近攻克了在利用石墨构建纳米电路方面最令人困扰的难题 即通过将两层石墨烯片叠加 可以将元器件的电噪声降低10倍 由此可以大幅改善晶体管的性能 这将有助于制造出比硅晶体管速度快 体积小 能耗低的石墨烯晶体管 60 石墨烯可作为宇宙学研究的平台 精细结构常数是物理学中一个重要的无量纲数 用希腊字母 表示 它与量子电动力学有着紧密的渊源 它将电动力学中的电荷e 量子力学中的普朗克常数h 相对论中的光速c联系起来 定义为 e 2 2 0 h c 其中e是电子的电荷 0是真空介电常数 h是普朗克常数 c是真空中的光速 而其大小为什么约等于1 137至今尚未得到令人信服的回答 Geim与Rahul Nair和Peter Blake两位博士一道 首次创造出巨大的悬浮石墨烯薄膜 他们发现 尽管只有单层原子厚度 但石墨烯有相当的不透明度 可以吸收大约2 3 的可见光 而相关的理论研究也表明 如果将这一数字除以圆周率 就会得到较为精确的精细结构常数值 61 美科学家制出4寸石墨烯晶圆 62 五 应用前景 减少噪音美国IBM宣布 通过重叠2层相当于石墨单原子层的 石墨烯 Graphene 试制成功了新型晶体管 同时发现可大幅降低纳米元件特有的1 f石墨烯 试制成功了相同的晶体管 不过与预计的相反 发现能够大幅控制噪音 通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合 从而控制噪音 噪声 63 五 应用前景 其它应用石墨烯还可以应用于晶体管 触摸屏 基因测序等领域 同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破 中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长 而人类细胞却不会受损 利用这一点石墨烯可以用来做绷带 食品包装甚至抗菌T恤 用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管 因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极 使之更易于回收 这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料 制造出超坚韧的防弹衣 甚至能让科学家梦寐以求的2 3万英里长太空电梯成为现实 64 从左到右 在石墨烯上印好的银电极把材料分成大小为3 1英寸的区域 组装好的石墨烯触摸屏面板 接到电脑上使用的石墨烯触摸屏 65 中国科学院上海分院的科学家发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效 而且不会伤害到人体细胞 66 中国的科研人员发现细菌的细胞在石墨烯的纸上无法生长 而人类细胞则不会受损 利用这一点可以利用它来做绷带 食品包装甚至抗菌T恤衫 67 用石墨烯做的LECs 光电化学电池 68 未来的 太空天梯 69 六 石墨烯材料的诞生获得2010年诺贝尔物理学奖他们曾是师生 现在是同事 他们都出生于俄罗斯 都曾在那里学习 也曾一同在荷兰学习和研究 最后他们又一起在英国制备出了石墨烯 这种神奇材料的诞生使安德烈 海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫获得2010年诺贝尔物理学奖 海姆和诺沃肖洛夫2004年制备出石墨烯 这是目前世界上最薄的材料 仅有一个碳原子厚 与所有其他已知材料不同的是 石墨烯高度稳定 即使被切成1纳米宽的元件 导电性也很好 此外 石墨烯单电子晶体管可在室温下工作 而作为热导体 石墨烯比目前任何其他材料的导热效果都好 70 2010年10月5日 瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布 将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈 海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫 以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究 71 六 石墨烯材料的诞生获得2010年诺贝尔物理学奖海姆和诺沃肖洛夫认为 石墨烯晶体管已展示出优点和良好性能 因此石墨烯可能最终会替代硅 由于成果要经得起时间考验 许多诺贝尔科学奖项都是在获得成果十几或几十年后才颁发 而石墨烯材料的制备成功距今才6年时间 就获得了诺贝尔奖 这使诺沃肖洛夫感到意外 他说 今天早上听说这个消息时 我非常惊喜 第一个想法就是奔到实验室告诉整个研究团队 而海姆则表示 我从没想过获诺贝尔奖 昨天晚上睡得很踏实 海姆认为 获得诺贝尔奖的有两种人 一种是获奖后就停止了研究 至此终老一生再无成果 一种是生怕别人认为他是偶然获奖的 因此在工作上倍加努力 我愿意成为第二种人 当然我会像平常一样走进办公室 继续努力工作 继续平常生活 72 海姆 左 和诺沃肖洛夫在英国曼彻斯特大学 73 七 国内生产状况石墨烯产业还在量产探索阶段 还没有发现一种成熟的方法能够批量生产性能优质的石墨烯 目前氧化石墨还原法相对更加容易量产 是生产石墨烯的主流制备工艺 不过通过氧化还原法 容易使得石墨烯的分子结构收到破坏 而降低了石墨烯的性能 另外 氧化还原法得到的石墨烯溶液中石墨烯非常容易发生团聚现象 使得产品很多的性能与理论值有很大差距 石墨烯另一个相对较成熟的制备方法是气相沉积法 但仍然很多技术问题没有解决 如 使用气相沉积法所得的石墨烯相对机械剥离法制备的石墨烯难以运输 一些使用气相沉积法所得石墨烯的属性 量子霍尔效应 并没有在气象沉积法制备的石墨烯中发现 说明气相沉积法可能会影响石墨烯的特性 而且使用气相沉积法得到的石墨烯片只能达到平方厘米的量级 难以满足石墨烯的工业化应用 74 化学气相沉积法 生长在铜箔上的石墨烯转移到PET薄膜的过程示意图 75 石墨烯的目前还不具备工业化生产的条件 各国都在针对石墨烯的制备进行积极的探索 也不断的有新的制备方法出现 业内预计2015年前就能够实现石墨烯的规模化量产 国内的供需情况石墨烯产业最大的瓶颈在于还没有形成完整的产业链 目前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产 对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用 石墨烯的高强度 高导电性及传热性 超大的比表面积等特性能够在航天军工 锂离子电池 超级电容器等多领域有潜在应用 但由于其成本过高 一直都处于研究阶段 从目前的技术发展来看 最有可能实现工业化使用石墨烯的下游行业是复合材料领域和显示技术领域 将石墨烯添加到塑料 橡胶 涂料等基体中 可以大幅增