石墨烯精品PPT课件
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石墨烯简介PPT课件
精选
17
应用与性能的关系
E
Relation between application and performance
精选
应用与性能的关系
精选
20
应用与性能的关系
透明度大
透明电极
电导率高
触控屏幕
比表面积大
太阳能电池
力学性能好 导热系数大
晶体管 复合材料
电子迁移率高
锂离子电池
精选
21
应用与性能的关系
高温 加热
氧
渗碳
化
脱氢
剥
剥
离
离
快速
还
冷却
原
精选
7
石墨烯制备方法
石墨烯粉末及 氧化石墨产品
公司石墨烯 薄膜产品
精选
8
表征方法 Characterization Method
D
精选
石墨烯表征方法
石墨烯常见的表征方法：
1 拉曼光谱（ Raman ） 2 扫描电子显微镜（ SEM ） 3 高分辨透射电子显微（ HRTEM ） 4 X射线衍射（ XRD ） 5 原子力显微镜（ AFM ） 6 其它方法
石墨烯的优异性能
精选
19
制备方法 Preparation Method
C
精选
机械剥离法
碳纳米管横向切割法
微波法 电弧放电法 光照还原法 外延生长法
石墨烯制备方法
石墨氧化还原法 电化学还原法
溶剂热法 液相剥离石墨法
碳化硅裂解法 化学气相沉积法
精选
6
化学气相沉积法 氧化还原法
机械剥离法
SiC外延法
石墨烯在诸多应用中扮演了什么样的角色呢？
石墨烯PPT课件
所谓石墨烯，其实就是单层的石墨。
石墨是一种碳单质，由很多层碳元
素叠加而成；当我们从中分离出单
层的石墨片，石墨烯就产生了。虽
然石墨可谓是世界上最柔软的物质
之一，但石墨可比钢铁还要坚硬百
倍！
2020/2/19
3
2010年，两个科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫因为成功制取 了石墨烯而获得了“诺贝尔奖”！
超 强 度
2020/2/19
据说，如果将食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片盖在一 只杯子上，你如果试图要用铅笔戳穿它，那么你需要 一头大象站在铅笔上。
石墨烯按六边形晶格排 列，结构稳定，常被人 误以为它很僵硬，事实 上，石墨烯具有很强的 伸展性，能在受到外力 的情况下变形。这样， 碳原子就不需要重新排 列来适应外力，保证了 其稳定结构，使其比金 刚石还要坚硬，同时可 以来回拉伸。
2020/2/19
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石墨烯电池
石墨烯的另一个重要的应用就是石墨烯电池了。据说，三星已
经研发出了石墨烯电池!
充电五秒钟，
爆炸半个月！
三星董事长
这种新型的石墨 烯电池，5秒钟 即可给手机充满
点，但足可以使 用半个月！
石墨烯电池，利用了锂离子 在石墨烯表面和电极之间大 量穿梭运动的特性，开发出 的一种新能源电池。石墨烯 电池将促成一个新的革命。
早七（4） 张远洋
2020/2/19
1
石墨烯听起来是一个十分陌生的词汇， 石墨烯到底是什么？它有什么用？为什 么它非常的重要，让我们一起来揭秘吧
2020/2/19
2
分离石墨烯
大家想必都听说过石墨吧，生活中有很多物质都是由石墨构成的，比如：
铅笔
拿破仑曾经说过：“笔比剑更有威 力”，但他万万没有想到，在当今 的技术下，“铅笔”的确有过人的 威力！用铅笔中的碳提取出来的石 墨烯是一种强度超高，甚至超过金 刚石的物质，其“威力”的确巨大 无比。
石墨烯ppt课件
04
缺点
设备成本高，制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中，通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件，如超声 功率、时间、温度等，以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单，成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ，如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等，需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长，石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间，企业需要抓 住机遇，积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合，共同推动产业升级和创新 发展，如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代， 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景，如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等，未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注，如生物传感器、药物载体 、医疗器械等，未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
2024版《石墨烯的研究》PPT课件
目录•引言•石墨烯的基本性质•石墨烯的制备方法•石墨烯的应用领域•石墨烯的挑战与前景•结论引言石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料。
石墨烯具有极高的电导率、热导率和机械强度等优异性能。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注，被认为是未来材料科学的重要发展方向之一。
石墨烯的背景与概念0102 03推动材料科学的发展石墨烯作为一种新型材料，其研究有助于推动材料科学的发展，为制备更高性能的材料提供新的思路和方法。
促进相关产业的发展石墨烯的优异性能使其在电子、能源、生物等领域具有广泛的应用前景，其研究有助于促进相关产业的发展。
提高国家科技实力石墨烯作为一种具有重要战略意义的材料，其研究水平的提高有助于提高国家的科技实力和竞争力。
石墨烯的研究意义国内研究现状国内石墨烯研究起步较早，目前已经取得了一系列重要成果，包括石墨烯的制备、表征、应用等方面。
国外研究现状国外石墨烯研究也非常活跃，许多国际知名大学和科研机构都在开展石墨烯相关的研究工作。
发展趋势未来石墨烯的研究将更加注重应用基础研究，探索石墨烯在各个领域的应用潜力，同时加强石墨烯的规模化制备和产业化应用等方面的研究。
国内外研究现状及发展趋势石墨烯的基本性质石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
二维碳纳米材料石墨烯中的碳原子以六边形进行排列，每个碳原子与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的晶格结构。
碳原子排列方式石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm ，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子均为sp2杂化。
原子尺寸零带隙半导体石墨烯是一种零带隙半导体，其载流子在狄拉克点附近呈现线性色散关系，具有极高的载流子迁移率。
高电导率由于石墨烯中载流子的特殊性质，其电导率极高，甚至超过铜等传统导体。
量子霍尔效应在低温强磁场条件下，石墨烯会表现出量子霍尔效应，这是其独特电学性质之一。
石墨烯的强度极高，其抗拉强度是钢铁的数百倍，同时具有优异的韧性。
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
石墨烯的研究课件
石墨烯的研究
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
环境材料-石墨烯-PPT模版
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石墨烯利用前景
Other Uses
涂料
海水淡化 抗菌效用 多孔材料 物理研究
石墨烯基涂料可用于导电油墨，抗静电，电磁 干扰屏蔽，和气体阻隔的应用 石墨烯过滤器远优于其它海水淡化技术，与水分 子分解发电技术结合，水、电可成为廉价产品 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
当石墨烯被释放到地表水中时，它 的硬度会增大，吸附的的有机材料 也更少，它很快就会变得不稳定， 既不能发生沉淀，也不能随水的流 动而被带走。
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【参考文献】
The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map for Graphene. K S Novoselov et al. Nature 490, 192200 (2012) The Transportation and Stability of Graphene Oxide Nanoparticles in Ground Water and Surface nphere. Environmental Engineering Science,2014
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石墨烯制备及产业化
机械分离 机械分离（Mechanical exfoliation）：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，如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。产 率低、仅供实验研究。 氧化还原法 氧化还原（Oxidation-reduction）：将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化 石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，然后加入还原剂去除氧 化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。宏量制备产生废液污 染、石墨烯品质不高存在缺陷。 取向附生法 取向附生（Epitaxy）：让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却到850℃，之前吸收 的大量碳原子就会“浮”到钌表面，镜片形状的单层碳原子“ 孤岛” 布满整个基质表面， 最终生长成完整的一层石墨烯。成本高、厚度不均匀。
石墨烯-最终版PPT课件
.
14
小结
这种方法生长石墨烯是最有可能实现C 基集成 电路的有效途径之一。但单晶SiC的价格昂贵，石墨 烯的制作成本非常高，生长条件苛刻，目前还难以实 现大面积制备。
在可控制备及性能研究上存在着以下问题： 外延石墨烯的可控生长机制有待进一步深入研究， 其生长的可控性(层数、晶畴大小、大面积均匀一致 性)有待进一步增强。
机械剥离法 化学气相沉积法（CVD） 表面外延生长法 氧化石墨还原法 ……
.
6
利用机械力将石墨烯片从高度定向热解石墨表面剥离开来 的制备方法。Geim等就是采用微机械剥离法得到了石墨 烯，并进行了表征 ，他们将薄片的两面粘在一种特殊的胶 带上，通过撕开胶带将石墨烯剥离开，制备的石墨烯片最 大宽度可以达到10um以上。目前，该法仍是制备石墨烯 最简单直接的方法。
.
4
石墨烯的性质
极高的载流 子迁移率， 常温下超过 15000 cm2/V·s
世界上电 阻率最小 的材料
——多才多艺
极高的强度，理论 弹性模量1000GPa、 拉伸强度125GPa
石墨烯
良好的透光性， 单层只吸收 2.3%的光
较大的比表 面积 2600m2/g
导热系数高达
5300W/m·K
.
5
石墨烯的制备
表面外延生长法 机械剥离法
化学气相沉积法
氧化石墨还原法
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19
表面外延生长法
表面外延生长法是渗碳原 理的进一步推广，提高了 石墨烯的晶体完整度，但 该法的成本比前面两种方 法更高。
氧化石墨还 原法
机械剥离法
表面外延生长法
化学气相沉积法
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其他方法如有机合成法、 直接超声剥离法甚至生物 还原法等都提供了可供借 鉴的思路。将不同的方法 结合起来也有一定的前景。
石墨烯-PPT
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。
5、其它特殊性质 ① 石墨烯具有明显的二维电子特性。 ② 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 ③ 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 ④ 好可控渗透性 ⑤ 离子导电体各向异性 ⑥ 超电容性 ………………
实现人类梦想
Dreams： 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， 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， 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， 23000英里长伸入太空的电梯 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。 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 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 400 鼓励科学家们进行这种电梯的开发
二、石墨烯材料的制备
1、机械剥离法 通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。 加热SiC SiC法 2、加热SiC法 通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。Berger 等人已经能可控地制备出单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能是 未来大量制备石墨烯的主要方法之一。 3、热膨胀法 4、化学法
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬 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， 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 纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9 100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 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 55 压力才能使1米长的石墨烯断裂。 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100 100纳 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 石墨烯， 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， 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。 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， 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， 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。 样厚度的单层石墨烯。
石墨烯材料PPT课件
1985
第7页/共111页
石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
第8页/共111页
石墨烯能带结构
第9页/共111页
石墨烯层数的表征方法
（1）扫描隧道显微镜（STM）
具有很高的空间分辨率，横向为 0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。
单层石墨烯厚度只有0.335nm
第10页/共111页
（2）原子力显微镜表征
石墨烯的组成与结构
第1页/共111页
石墨简介
石墨（graphite）是一种结晶形碳。 六方晶系,为铁墨色至深灰色。密度 2.25克/厘米3,硬度1.5,熔点3652℃, 沸点4827℃。质软,有滑腻感,可导 电。
化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、 碱等不易反应。在空气或氧气中加 强热,可燃烧并生成二氧化碳。强氧 化剂会将它氧化成有机酸。
研究人员发现单氢化及双氢化锯齿状边的石墨烯具有铁磁性。此外，通过对 石墨烯不同方向的裁剪及化学改性可以对其磁性能进行调控。研究表明分子在石 墨烯表面的物理吸附将改变其磁性能。例如氧的物理吸附增加石墨烯网络结构的 磁阻，位于石墨烯纳米孔道内的钾团簇将导致非磁性区域的出现。
第25页/共111页
石墨烯的优异特性
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• 分数量子霍尔效应和异常量子霍尔效应
第28页/共111页
整数量子霍尔效应
1985年的诺贝尔物理学奖
量子霍尔效应只发生于二维导体。这效应促成了一种新度
量衡标准，称为电阻率量子（resistivity quantum）
h/e2；垂直于外磁场的载流导线，其横向电导率会呈现量
子化值。称这横向电导率为霍尔电导（Hall
第36页/共111页
•外延生长法
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富勒烯，1996诺贝尔化学奖
• C元素的同素异形体 石墨（Graphite）——
层状结构，每一层中的碳按六方 环状排列，上下相邻层通过平行 网面方向相互位移后再叠置形成 层状结构，位移的方位和距离不 同就导致不同的多型结构。
金刚石（Diamond）—— 四面体结构，四个碳原子占 据四面体的顶点。
石墨烯的基本知识
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。石墨烯的 发现推翻了所谓“热力学涨 落不允许二维晶体在有限温 度下自由存在”的原有认知， 震撼了整个物理界。
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A. K. Geim和K. S. Novoselov，以表彰他们在石 墨烯材料方面的卓越研究。
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性 石墨烯
新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
G 制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
八大预言
太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。
远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。
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。
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。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导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。
= 100万
1 0个石墨烯调制器:传输速度可以达到1T
铜导线:传输速度最高可达100兆
石墨烯是电阻率最小的材料它在室温下传 递电子的速度比已知导体都快。
现有手机触摸屏的工作层中不可缺少的材料为陶瓷材料氧化铟锡。氧化铟锡的 价格高、用量大、易碎、有毒性（与铅的毒性可比）。
用单层石墨烯制作的吊床可以承载一只4 千克的猫，而且是一只悬停在半空中的猫。
稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性 导电性最好的材料，载流子（电子）在其中的运动速度达到了光速的1/300，
网速提高一万倍，一秒钟可以下载十部电影
• 超级电容 • 场效应晶体管 • 发光二极管的电极材料 • 锂离子电池正极材料
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯 石墨烯
石墨烯的形态
研究发现, 当石墨的堆垛原子层数少于10 个单原子层时, 石墨层就会具有与普通三维石墨不同的电子结构. 一般将 10 层以下的石墨结构统称为石墨烯. 单层石墨烯的晶体结 构如下图 所示, 是由碳六元环组成的2D)周期蜂窝状点阵 结构, 厚度只有0.335nm, 相当于头发丝直径的1/2万.
-正改变世界未来
学 生： 导 师：
石墨烯
基本概念
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
石墨烯存在哪里？
铅笔，谁都用过。小时候，学写字，胖乎乎的手 握着铅笔，在作业本上留下一个个歪歪扭扭的汉字。
铅笔笔芯的主要成分是石墨。所以，我们在作业本 上每划一笔，就是剥离了一层或者几层石墨片。 ，
= 10万
它是地球上已发现的最薄材料， 用肉眼是看不见石墨烯的。
2nm厚的石墨烯薄膜，透过率超过95%
氧化铟锡屏幕 VS 石墨烯屏幕
铟锡氧化物薄膜电阻的典型 值为40 Ω/sq，可见光透过率
大约为80%
用氧化还原法制备的还原氧 化 石 墨 薄 膜 厚 度 小 于 3nm ， 可见光透过率大于90%。
我们把天梯简化为一条具有均匀的横截面积和质量分布，两端均无 约束的长线，依靠地球重力绕地球相同角速度的圆周运动。由虚功 原理可算出：
L=140000km; 即理想态下天梯的长度为14万千米。
接着我们来讨论天梯的建筑材料：
这个张力与线密度之比的数值远大于我们熟知的材料（例如钢为3 × 106,碳为2 ×106 ），而石墨烯，前面提到过，强度在钢的200倍以 上，可以达到6 × 107以上，因此可以说制造天梯从原理上是完全可 行的。
“天梯”作为一个科学概念，最早是于1895年、、、
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
2002年，美国登月计划参与者之 一的Brad Edward博士，在华盛顿 创建了Li集团，正在以齐奥尔科 夫斯基的构想来实现人类“一步 登天”的伟大梦想。
货仓结构想象图 平衡锤和天梯构造模型
碳石纳墨米烯管
既然要制造太空梯，用什么材料来建呢？
Nano Letters, 2009, 9(5): 2129-2132
石墨烯在聚合 物中的相变。 a) 加热前； b) 加热后
石墨烯的基本知识
2004年，曼彻斯特大学Geim教授、Novoselov博 士和同事以微机械剥离法剥离层状石墨，发 现了二维碳原子平面结构——石墨烯
二维的碳 得来全不费功夫
➢ 石墨烯
C原子外层3个电子通过sp2杂化形 成强σ键(蓝)，相邻两个键之间夹 角约为120°；第4个电子为公共， 形成弱π键(紫)，为平面结构。
➢ 金刚石
C原子外层四个电子通过sp3杂化， 形成较强σ键，为四面体结构，相 邻两个键之间夹角约为109°。
石墨烯的基本知识
• 石墨烯的稳定性
石墨烯的结构非常稳定，carbon-carbon bond仅为1.42埃米;。石墨烯内部的 碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变 形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。 近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上 存在纳米级别的微观扭曲。
• C元素的同素异形体 石墨（Graphite）——
层状结构，每一层中的碳按六方 环状排列，上下相邻层通过平行 网面方向相互位移后再叠置形成 层状结构，位移的方位和距离不 同就导致不同的多型结构。
金刚石（Diamond）—— 四面体结构，四个碳原子占 据四面体的顶点。
石墨烯的基本知识
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。石墨烯的 发现推翻了所谓“热力学涨 落不允许二维晶体在有限温 度下自由存在”的原有认知， 震撼了整个物理界。
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A. K. Geim和K. S. Novoselov，以表彰他们在石 墨烯材料方面的卓越研究。
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性 石墨烯
新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
G 制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
八大预言
太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。
远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。
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。
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。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导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。
= 100万
1 0个石墨烯调制器:传输速度可以达到1T
铜导线:传输速度最高可达100兆
石墨烯是电阻率最小的材料它在室温下传 递电子的速度比已知导体都快。
现有手机触摸屏的工作层中不可缺少的材料为陶瓷材料氧化铟锡。氧化铟锡的 价格高、用量大、易碎、有毒性（与铅的毒性可比）。
用单层石墨烯制作的吊床可以承载一只4 千克的猫，而且是一只悬停在半空中的猫。
稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性 导电性最好的材料，载流子（电子）在其中的运动速度达到了光速的1/300，
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• 超级电容 • 场效应晶体管 • 发光二极管的电极材料 • 锂离子电池正极材料
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯 石墨烯
石墨烯的形态
研究发现, 当石墨的堆垛原子层数少于10 个单原子层时, 石墨层就会具有与普通三维石墨不同的电子结构. 一般将 10 层以下的石墨结构统称为石墨烯. 单层石墨烯的晶体结 构如下图 所示, 是由碳六元环组成的2D)周期蜂窝状点阵 结构, 厚度只有0.335nm, 相当于头发丝直径的1/2万.
-正改变世界未来
学 生： 导 师：
石墨烯
基本概念
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
石墨烯存在哪里？
铅笔，谁都用过。小时候，学写字，胖乎乎的手 握着铅笔，在作业本上留下一个个歪歪扭扭的汉字。
铅笔笔芯的主要成分是石墨。所以，我们在作业本 上每划一笔，就是剥离了一层或者几层石墨片。 ，
= 10万
它是地球上已发现的最薄材料， 用肉眼是看不见石墨烯的。
2nm厚的石墨烯薄膜，透过率超过95%
氧化铟锡屏幕 VS 石墨烯屏幕
铟锡氧化物薄膜电阻的典型 值为40 Ω/sq，可见光透过率
大约为80%
用氧化还原法制备的还原氧 化 石 墨 薄 膜 厚 度 小 于 3nm ， 可见光透过率大于90%。
我们把天梯简化为一条具有均匀的横截面积和质量分布，两端均无 约束的长线，依靠地球重力绕地球相同角速度的圆周运动。由虚功 原理可算出：
L=140000km; 即理想态下天梯的长度为14万千米。
接着我们来讨论天梯的建筑材料：
这个张力与线密度之比的数值远大于我们熟知的材料（例如钢为3 × 106,碳为2 ×106 ），而石墨烯，前面提到过，强度在钢的200倍以 上，可以达到6 × 107以上，因此可以说制造天梯从原理上是完全可 行的。
“天梯”作为一个科学概念，最早是于1895年、、、
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
2002年，美国登月计划参与者之 一的Brad Edward博士，在华盛顿 创建了Li集团，正在以齐奥尔科 夫斯基的构想来实现人类“一步 登天”的伟大梦想。
货仓结构想象图 平衡锤和天梯构造模型
碳石纳墨米烯管
既然要制造太空梯，用什么材料来建呢？
Nano Letters, 2009, 9(5): 2129-2132
石墨烯在聚合 物中的相变。 a) 加热前； b) 加热后
石墨烯的基本知识
2004年，曼彻斯特大学Geim教授、Novoselov博 士和同事以微机械剥离法剥离层状石墨，发 现了二维碳原子平面结构——石墨烯
二维的碳 得来全不费功夫
➢ 石墨烯
C原子外层3个电子通过sp2杂化形 成强σ键(蓝)，相邻两个键之间夹 角约为120°；第4个电子为公共， 形成弱π键(紫)，为平面结构。
➢ 金刚石
C原子外层四个电子通过sp3杂化， 形成较强σ键，为四面体结构，相 邻两个键之间夹角约为109°。
石墨烯的基本知识
• 石墨烯的稳定性
石墨烯的结构非常稳定，carbon-carbon bond仅为1.42埃米;。石墨烯内部的 碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变 形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。 近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上 存在纳米级别的微观扭曲。