石墨烯PPT课件

。1，1，1，石墨烯概念2，发展简史3，石墨烯特性4，制备方法5，应用前景。目前，人类最强的功能材料石墨烯，一种比直径更硬的材料石墨烯，2、石墨烯概念石墨烯是一种由碳原子组成的单层层状结构的新材料。它是由碳原子和sp2杂化轨道组成的六边形蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的市场价格约为5000元/克，是黄金桂的15倍，广泛应用于军事和电子行业。石墨烯具有高导电性和高比表面积，适合作为新能源领域电极材料的助剂，如超级电容器和锂离子电池。在电子显微镜下观察到的石墨烯片中碳原子之间的距离只有0.14纳米，石墨烯于2004年出现在实验室中。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夫发现，他们可以用一种非常简单的方法获得越来越薄的石墨薄片。他们把石墨片从石墨上剥离下来，然后把石墨片的两面粘在一条特殊的胶带上，撕下胶带，石墨片就可以分成两部分。这是连续进行的，所以床单变得越来越薄。最后，他们得到了一张只有一层碳原子的薄片，这就是石墨烯。此后，制备石墨烯的新方法层出不穷。经过五年的发展，人们发现将石墨烯引入工业生产领域并不遥远。发展简史，5.导电石墨烯具有非常稳定的结构。到目前为止，研究人员还没有在石墨烯中发现任何碳原子缺失。石墨烯中碳原子之间的连接非常灵活。当施加外力时，碳原子表面弯曲变形，因此碳原子不需要重新排列以适应外力，结构保持稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优异的导电性。当石墨烯中的电子在轨道上移动时，它们不会因为晶格缺陷或外来原子的引入而散射。由于强原子间力，即使周围的碳原子在常温下碰撞，石墨烯中的电子也很少受到干扰。石墨烯性质、6，富勒烯(左)和碳纳米管(中)都可以被认为是以某种方式被单层石墨烯卷起，而石墨(右)是通过范德华力连接被多层石墨烯堆叠起来的。机械性能石墨烯是已知强度最高的材料，比直径大，比世界上最好的钢高100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械性能进行了全面的研究。在实验中，他们选择了一些10-20微米的石墨烯颗粒作为研究对象。研究人员首先将这些石墨烯样品放在一个表面钻有小孔的薄晶体板上，小孔的直径在1-1.5微米之间。之后，他们用钻石制成的探针对放在小孔上的石墨烯施压，测试其承载能力。研究人员发现，在石墨烯样本颗粒开始分解之前，它们每100纳米距离所能承受的最大压力实际上达到了大约2.9微焦。根据科学家的计算，这个结果相当于施加55牛顿的压力来破坏1米长的石墨烯。如果物理学家能制造出厚度相当于普通食品塑料包装袋(约100纳米厚)的石墨烯，将需要近20，000头牛来打破它。换句话说，如果石墨烯被用作包装袋，它将能够承受大约两吨的货物。电子的相互作用利用了世界上最强大的人工辐射源。加利福尼亚大学、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的一个新秘密：石墨烯中的电子之间以及电子和蜂窝网格之间有很强的相互作用。科学家们使用了美国劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源电子同步加速器。这台加速器发出的光的亮度是医用x光的1亿倍。利用这种强光源，科学家们观察到石墨烯中的电子不仅与蜂窝晶格发生强烈的相互作用，而且还与电子发生强烈的相互作用。石墨烯蜂窝晶格的化学性质到目前为止，我们对石墨烯化学的了解是，石墨烯可以吸附和解吸各种原子和分子，如石墨表面。从表面化学的角度来看，石墨烯的性质与石墨相似。石墨可以用来推断石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用，但如果石墨烯的化学性质要得到广泛关注，就必须克服一个障碍：缺乏适合传统化学方法的样品。这一点尚未解决，石墨烯化学的研究将面临许多困难。13、制备方法，已报道的制备方法主要包括：微机械分离法取向附生法-晶体薄膜生长加热SiC法化学裂解法化学气相沉积法。14、微机械分离法是最常见的微机械分离法，直接从较大的晶体中切割石墨烯片。2004年Novoselovt等人用这种方法制备了单层石墨烯，它可以在外界环境中稳定存在。一种典型的制备方法是使用另一种材料来膨胀或引入有缺陷的热解石墨用于摩擦，并且大块石墨的表面将产生絮状晶体，其包含单层石墨烯。然而，缺点是这种方法使用通过摩擦石墨表面获得的薄片来筛选单层石墨烯薄片，其尺寸不容易控制，并且不能可靠地制造具有足够长度以供供应的石墨薄片样品。制备方法。15、外延生长晶体薄膜的外延生长方法利用生长基质的原子结构来“播种”石墨烯，首先让碳原子在1150下渗入钌，然后冷却，冷却到850后，大量先前被吸收的碳原子会浮到钌表面，而单层碳原子的“岛”形透镜遍布整个衬底表面，最后它们可以生长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生长。底层的石墨烯将与钌有很强的相互作用，而第二层的石墨烯将几乎完全与钌分离，只留下微弱的电流耦合。获得的单层石墨烯片显示出令人满意的性能。然而，这种方法制备的石墨烯片的厚度往往是不均匀的，并且石墨烯与基底之间的粘附会影响碳层的特性。此外，PeterW使用的矩阵。萨特等人是稀有金属钌。中国科学院物理研究所利用含碳钌单晶在超高真空环境下进行高温退火处理，使碳元素在晶体表面分离，形成外延单层石墨烯薄膜。碳化硅加热方法通过加热单晶6H-碳化硅去除硅，并分解单晶(0001)表面上的石墨烯片。具体过程如下：用氧或氢刻蚀的样品在高真空下用电子轰击加热去除氧化物。在通过俄歇电子能谱确定表面上的氧化物已经完全去除之后，将样品加热至1250-1450，然后在恒温下保持1分钟-20分钟，以形成非常薄的石墨层。经过几年的探索，Berger等人已经能够可控地制备单层或多层石墨烯。石墨烯的厚度由加热温度决定。很难在大面积上制备单一厚度的石墨烯。19、化学裂解法化学裂解法是一种通过氧化石墨的热还原制备石墨烯的方法，氧化石墨层之间的含氧官能团在一定温度下反应，迅速释放气体，在还原的同时裂解氧化石墨层，得到石墨烯。这是制备石墨烯的重要方法。天津大学的杨等人通过低温化学裂解氧化石墨制备了高质量的石墨烯。制备方法。上图显示高度定向的热解石墨(HOPG)，下图显示从HOPG上撕下的石墨薄片烯烃并放置在t化学气相沉积首次在石墨烯的大规模制备方面取得了新的突破(指化学气相沉积制备高质量的石墨烯)。化学气相沉积法是指一种工艺技术，其中反应性物质在气体条件下发生化学反应，产生沉积在加热的固体基底表面的固体物质，从而产生固体材料。化学气相沉积法可以制备高质量、大面积的石墨烯，但理想的衬底材料单晶镍价格昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的一个重要因素。化学气相沉积法可以满足大规模制备高质量石墨烯的要求，但成本高，工艺复杂。贝尔实验室的富尔顿等人制作的128位石墨烯单电子存储芯片照片，纳米电子器件的应用前景，超级计算机芯片目前世界上电阻率最低的材料，电阻率只有10-6cm，代替硅制造超级计算机，光电传感器石墨烯也可以作为光电传感器出现在更大的市场上，用于检测光纤中携带的信息。目前，这一角色仍由硅扮演，但硅的时代似乎即将结束。去年10月，一个IBM研究团队首次披露了他们开发的石墨烯光电探测器。接下来，人们将期待基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示器。因为石墨烯是透明的，由它制成的电极比其他材料具有更好的透光率。IBM展示世界上最快的石墨烯晶体管，处理速度高达100千兆赫。26其他石墨烯应用可用于晶体管、触摸屏、基因测序等。同时，它希望帮助物理学家在量子物理研究中取得新的突破。中国研究人员发现，细菌细胞不能在石墨烯上生长，而人类细胞不会受到损伤。石墨烯可以用于绷带、食品包装甚至抗菌t恤。石墨烯制成的光电化学电池可以替代金属基有机发光二极管，因为石墨烯也可以替代传统的金属石墨灯电极，使其更容易回收。这种物质不仅可以用来开发和制造像纸张和超韧防弹背心一样薄的超轻型飞机材料，还可以让23000英里长的太空电梯梦想成为现实。27，从左到右：印刷在石墨烯上的银电极将材料分成3.1英寸的区域；组装好的石墨烯触摸屏面