石墨烯介绍.pptx

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石墨烯介绍,Date:

2013年05月10日,石墨烯介绍,石墨烯特性,石墨烯应用,什么是石墨烯?

石墨烯（英文Graphene，命名来自英文graphite+-ene）是一种由C原子形成的蜂巢状的准二维结构，是C元素的另外一种同素异形体。

由于是从石墨中制取，且包含烯类物质的基本特征（碳原子之间的双键）,所以称为石墨烯。

我们所熟知的石墨、纳米碳管和富勒烯等，是由单层石墨烯经某种形变而形成的。

碳元素的同素异性体,石墨烯的来源?

实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。

石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。

石墨烯,如何获得石墨烯?

1947年，菲利普华莱士开始研究石墨烯的电子结构1987年，穆拉斯首次使用Graphene一词如何才能制得石墨烯？

美国德克萨斯大学的罗德尼鲁夫曾尝试着将石墨在硅片上摩擦，并深信采用这个简单的方法可获得单层石墨烯，但可惜他当时并没有对产物的厚度做进一步的测量。

美国哥伦比亚大学的菲利普金也利用石墨制作了一个“纳米铅笔”，进行划写，得到了石墨薄片，层数最低可达10层。

他们离石墨烯的发现仅一步之遥。

如何获得石墨烯?

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈K海姆（AndreK.Geim）【左】和他的同事康斯坦丁诺沃肖洛夫【右】偶然中发现了一种简单易行的新途径。

他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用普通的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。

不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成他们制得了石墨烯，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。

如何获得石墨烯?

安德烈海姆（左）和康斯坦丁诺沃谢洛夫（右）,如何获得石墨烯?

是他们将石墨烯带到了这个世界,这是一个具有传奇色彩的故事,AndreGeim（left）andKonstantinNovoselovfirstisolatedgraphenein2004.CREDIT:

THEUNIVERSITYOFMANCHESTER,Science2004Oct.,如何获得石墨烯?

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。

石墨烯-2010诺贝尔物理学奖,他们于2004年首次制成石墨烯材料。

这是目前世界上最薄的材料，仅有一个原子厚.,如何获得石墨烯?

如何获得石墨烯?

胶带沾出了诺贝尔奖只有想不到的，没有做不到的！

对于创新来说，方法就是新的世界，最重要的不是知识，而是思路。

郎加明创新的奥秘,石墨烯介绍,石墨烯特性,石墨烯应用,世界上最薄的材料世界上导电性能最好的材料世界上强度最高的材料世界上导热性最好的材料,石墨烯特性-缘何为“超级材料”,石墨烯介绍,石墨烯特性,石墨烯应用,石墨烯应用,1.电子器件方面的应用室温下石墨烯具有l0倍于商用硅片的高载流子迁移率（约10am/Vs），并且受温度和掺杂效应的影响很小，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。

2.代替硅生产超级计算机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。

石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。

3.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。

2011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。

超级计算机芯片-目前世上电阻率最小的材料，电阻率仅为10-6cm,美科学家制出4寸石墨烯晶圆,4.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，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。

5.柔软的透明电极传统的透明电极用的是氧化铟锡（简称ITO），由于铟的价格高昂和供应受限，而且这种材料比较脆，缺乏柔韧性，并且制作电极过程中需要在真空中层沉积而成本比较高，除了透明、导电性好、容易制备等要求，还需要材料本身的柔韧性比较好而石墨烯正是这么一种材料，非常合适来做透明电极。

韩国三星利用化学气相沉积方法获得了对角长度为30英寸的石墨烯，并将其转移到188微米厚的聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethyleneterephthalate，简称PET）薄膜上，进而制造出了以石墨烯为基础的触摸屏;,6.石墨烯动力锂电池10分钟就能完成充电，还不损害电池使用寿命（锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动）。

利用石墨烯制成的石墨烯动力锂电池，电池极片的导电性能更高，电池内的电阻更小，蓄电能力、快速充放电能力比普通锂电池强得多,IBM展示全球最快石墨烯晶体管，处理速度可达100GHz,石墨烯银电极大小3.1英寸,组装好的石墨烯触摸屏面板,电脑上使用的石墨烯触摸屏,石墨烯应用,7.其他应用抗菌1）.中国科学院上海分院的科研人员发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效,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。

石墨烯应用,其他应用太空电梯2）.石墨烯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。

石墨烯应用,石墨烯主要制备方法比较,微机械剥离法利用手工或超声的方法将高取向性高温热解石墨（HOPG）逐层剥离，缺点是效率低、无法大面积，优点是层数可控，尤其可得到单层石墨烯。

如果采用超声剥离技术，可以提高效率和成品率,石墨烯制备方法,SiC衬底高温热解法超高真空（10-10Torr）下对SiC衬底氧化或氢化处理，加热至12001500，再降温冷却形成石墨烯。

优点是可得到单层和双层石墨烯，缺点是成本高、均匀性差，Si面形成单层或少层片状石墨烯，C面形成多层石墨烯。

GrapheneandEmergingMaterialsforPost-CMOSApplications,2009,19（5）:

125-130,C-terminateSiC,Si-terminateSiC,石墨烯制备方法,过渡族金属衬底CVD法,首先沉积一层过渡族金属（如Fe、Cu、Ni、Pt、Au、Ru、Ir等）薄膜作为衬底，利用其与C的高温固溶，然后冷却析出，再表面重构，形成石墨烯。

优点是有利于大面积晶圆级石墨烯生长；缺点是层数精确控制较难，需要进行金属衬底剥离和衬底转移。

Nature,Letters,2009,457:

07719,石墨烯制备方法,氧化-分散-还原法,将石墨氧化后分散（超声、高速离心）到溶液中得到前体，再用还原剂还原得到单层或多层石墨烯。

优点是成本低廉，缺点是可控性差，生产率低，石墨烯中含氧功能团多，导电性差。

石墨烯制备方法,由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺吋厚度、分子闸极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择科学家希望能够发展出一种快速与便宜的快速电子科技。

它们认为石墨烯是一种具有这潜能的材料。

基本而言，他们想要用石墨烯制成一个尺寸大约为DNA宽度的纳米洞，让DNA分子游过这纳米洞。

由于DNA的四个碱基（A、C、G、T）会对于石墨烯的电导率有不同的影响，只要测量DNA分子通过时产生的微小电压差异，就可以知道到底是哪一个碱基正在游过纳米洞。

这样，就可以起到抗菌目的。

石墨烯生物学应用,