石墨烯的发展历程PPT
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石墨烯催化材料-PPT
图1 (a) Cu-RGO催化剂的TEM图，右上角的内插 图为Cu粒子的粒径分布图
(b)Cu．RG0催化剂的HRGO的XRD图的分析
从图2中可以看出，在Cu-RGO催化剂中G0 (001)的特征峰消失了 ,这可能是因为 GO在水热反应过程中被乙醇还原成了 RGO,而且 Cu 纳米粒子的存在有效抑制了 RG0片层的有序堆叠．使得在Cu-RGO 的RD图中没有发现 RG0(002)的衍射峰例。此外，2ө分别在42.30° （ 111）、 50.43° (200) 、 74.13°(220) 处出现的衍射峰与标准卡片 (PDF No.04一08361)完全一致，说明生成了近球形的立方晶系的纳 米Cu，并且各个衍射峰强度较高．表明得到的 Cu晶体结构较为完 整。
石墨烯的前景
Thank you
(M Cu．RG0=6.5 mg Vh2o2=0.5ml)
图4 温度对MB降解效果的影响
2.2 H2O2的量对催化活性的影响 •由图 5 分析，催化剂达到吸附一脱附平衡后，不加 H2O2 时，催 化剂对MB并没有催化降解效果，而在加人H2O2后，MB的降解 效率随着 H2O2量的增加而得到逐步提高。当双氧水用量为 0． 5 mL时．MB的降解速度最快．且降解速率也要比 H2O2，用量为 0.3、0.4 mL时的快的多
石墨烯的结构示意图
SP2杂化的碳质材料的基本组成单元
石墨烯催化材料（Cu-RGO为例）
1. Cu-RGO催化剂的表征
1.1 Cu-RGO催化剂TEM图与HRTEM图的分析 图1a中可以清晰的看出．RG0为表面光滑的薄纱状材料．纳米粒 子以近球状颗粒均匀负载于其表面．平均粒径约为34 nm：从HRTEM 图像可观察到纳米粒子清晰完整的晶格条纹 (如图1b)，这表明形成 的纳米粒子结晶良好．测得晶面间距为0.21nm，
石墨烯简单介绍ppt课件
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。
26
石墨烯应用
透明电极
石墨烯
和
，使它在透明电
导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、
有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，
。由于氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液
内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域 。
通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导 率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71% 能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转 换效率的55.2%。
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
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。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
14
结构与性能
力学性能
石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。其
和
分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的
（抗拉强度）为42N/M2。
普通钢的强度极限大多分布在250~1200MPa范围内，即 0.25ӽ109~1.2ӽ109N/m2。如果钢具有同石墨烯一样的厚度（约 0.335nm），则可推算出其二维强度极限0.084~0.40N/m。由 此可知，
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。
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石墨烯应用
透明电极
石墨烯
和
，使它在透明电
导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、
有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，
。由于氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液
内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域 。
通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导 率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71% 能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转 换效率的55.2%。
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
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。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
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结构与性能
力学性能
石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。其
和
分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的
（抗拉强度）为42N/M2。
普通钢的强度极限大多分布在250~1200MPa范围内，即 0.25ӽ109~1.2ӽ109N/m2。如果钢具有同石墨烯一样的厚度（约 0.335nm），则可推算出其二维强度极限0.084~0.40N/m。由 此可知，
石墨烯PPT
航空航天领域应用
• 石墨烯的高导电性、高强度、超轻薄等特性， 可开发应用于航天领域的传感器，以便更精确 对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结 构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机 材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用.
这架小型飞机由巴西大 学生在航空工程学教师 保罗·恩里克斯的指导 下花费5年时间完成，是 巴西第一架完全使用碳 纤维制造的飞机并实现 每小时521公里的飞行速 度，打破了500公斤以下 级别小型飞机的飞行速 度世界纪录。
一 、石墨烯是什么?
• 一种由碳原子以sp2杂 化轨道组成六角型呈 蜂巢晶格的平面薄膜 ，只有一个碳原子厚 度的二维材料. • 2004年，英国曼彻斯 特大学物理学家安德 烈· 海姆(Andre Geim)和 康斯坦丁· 诺沃肖洛 (Konstantin Novoselov) ，成功地在实验中从 石墨中分离出石墨烯 ，而证实它可以单独 存在，两人也因“在 二维石墨烯材料的开 创性实验”，共同获
少层石墨烯 （Few-layer or multi-layer graphene）
• 概念：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂 巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆 垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛 构成的一种二维碳材料。
移动设备——可自由弯曲手机
• 韩国三星公司在研制课弯曲显示屏上技术最成熟 。多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏， 相信大规模商用指日可待。（中科院重庆绿色智 能技术研究所的石墨烯手机已经上市了）
二、石墨烯分类
单层石 墨烯
石墨 烯
双层石 墨烯 少层石 墨烯
单层石墨烯（Graphene）
• 概念：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结 构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维 碳材料。
石墨烯PPT课件
10
• 化学分散法 化学分散法是将氧化
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1 0 0℃回流2 4 h ，产生黑色颗粒状沉 淀，过滤、烘干即得 石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化 学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯。
11
石墨烯的性质
•
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。，或更准确地，应称为“载荷子”(electric
charge carrier)，具有一定的相对论性。
为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质
，我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一 些了解。
经典物理学中，一个能量较低的电子遇到势 垒的时候，如果能量不足以让它爬升到势垒的顶端 ，那它就只能待在这一侧；在量子力学中，电子在 某种程度上是可以看作是分布在空间各处的波。当 它遇到势垒的时候，有可能以某种方式穿透过去， 这种可能性是零到一之间的一个数；而当石墨烯中 电子波以极快的速度运动到势垒前时，就需要用量 子电动力学来解释。量子电动力学作出了一个更加 令人吃惊的预言：电子波能百分百地出现在势垒的 另一侧： 相对论性的载荷子可以在其中完全自由地 15 穿行。
12
石墨烯的力学性能
可以毫不夸张的说，石墨烯的力学 性能可以用完美来形容。
虽然它只是一层原子织成的网，但
由于C原子之间的键合力很强，它拥有
很高的强度，科学家制得了一些只有
100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，
使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们
进行穿刺，从而测试它们的强度。让科
学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，
9
• 化学分散法 化学分散法是将氧化
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1 0 0℃回流2 4 h ，产生黑色颗粒状沉 淀，过滤、烘干即得 石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化 学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯。
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石墨烯的性质
•
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。，或更准确地，应称为“载荷子”(electric
charge carrier)，具有一定的相对论性。
为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质
，我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一 些了解。
经典物理学中，一个能量较低的电子遇到势 垒的时候，如果能量不足以让它爬升到势垒的顶端 ，那它就只能待在这一侧；在量子力学中，电子在 某种程度上是可以看作是分布在空间各处的波。当 它遇到势垒的时候，有可能以某种方式穿透过去， 这种可能性是零到一之间的一个数；而当石墨烯中 电子波以极快的速度运动到势垒前时，就需要用量 子电动力学来解释。量子电动力学作出了一个更加 令人吃惊的预言：电子波能百分百地出现在势垒的 另一侧： 相对论性的载荷子可以在其中完全自由地 15 穿行。
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石墨烯的力学性能
可以毫不夸张的说，石墨烯的力学 性能可以用完美来形容。
虽然它只是一层原子织成的网，但
由于C原子之间的键合力很强，它拥有
很高的强度，科学家制得了一些只有
100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，
使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们
进行穿刺，从而测试它们的强度。让科
学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，
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石墨烯PPT课件
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
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。
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。
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π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道， π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。
康斯坦丁·诺沃肖洛夫 安德烈·海姆
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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
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。
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。
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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。
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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π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道， π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。
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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。
石墨烯简介ppt
当时，他们发现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。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
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PPT课件
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
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。
电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14纳米
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。
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加热 NhomakorabeaSiC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。
石墨烯-最终版PPT课件
.
15
氧化石墨还原法——低质高产
石墨 氧化
氧化石 墨
超声剥离
氧化石 墨片
还原
.
石墨烯
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特点
优势：成本低廉，工艺简单，已经实现大规 模量产。含氧基团的存在使得石墨烯容易分 散在基体中，更容易和其他物质结合，便于 制造复合材料。
劣势：纯度较低，制成的石墨烯片存在大量 结构缺陷，易发生褶皱或折叠，带有许多含 氧基团，影响了石墨烯的优良性质，无法满 足一些应用领域的需要，如光电器件，储氢 材料等。
cvd法日趋成熟有望在510年实现应用用于导电散热等领域拥有含氧基团应用于药物监测催化剂等特殊领域24石墨烯电子材料领域重点领域透明电极太阳能电池柔性屏幕可穿戴设备电子材料领域重点领域透明电极太阳能电池电池负极材料替代硅的芯片材料柔性屏幕可穿戴设备散热材料领域等设备的散热问题散热材料领域解决手机计算机等设备的散热问题进一步提升性能环保监测领域方面表现优异环保监测领域功能化石墨烯及石墨烯复合材料在污染物吸附过滤方面表现优异生物医学领域石墨烯在细胞成像生物医学领域石墨烯在细胞成像干细胞工程等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景
背景
集成电路制造技术不断改进，极紫外光刻的引入， 将特征尺寸大幅度减小，下一代硅基集成电路的 特征尺寸将达到15甚至10nm以下。随之而来的 短沟道效应和介质隧穿效应等的影响，以及制造 难度的提升，将很难得到特征寸小于10nm的性 能稳定的电路产品。所以急需研究开发基于新材 料、新结构和新工艺的器件。
B. H. Hong研究组进一步发展该 法, 制备出30英寸的石墨烯膜,透 光率达97.4%。
N. P. Guisinger组的研究表明:石墨 烯的生长始于石墨烯岛，具有不同的 晶体取向,从而导致片层的结合处形 成线缺陷。
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
石墨烯是世上已知的最薄的材料
石墨烯几乎是完全透明的，只吸收 2.3% 的光，只有 0.34 纳米 厚，十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径， 人们用肉眼是看不见它的。
石墨烯是人类已知强度最高的物质
它比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上 100倍，它们 每 100 纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了 2.9 微牛左右。这 意味着，“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”。
石墨烯的蜂窝晶格
石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国的两位 科学家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。
试剂：石墨粉 浓硫酸 高锰酸钾 水合肼 化钠 仪器：超声仪 离心仪 5%双氧水 盐酸 氢氧
实验步骤：
氧化石墨制备：将 10 g 石墨与 230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中，搅拌 30 min 使其充分混合。称取 40 g KMnO4 加入上述混合液继续搅拌 1 h 后 移入 40oC温水浴中继续搅拌30 min 用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 oC以下)稀 释至 800-1 000mL。后加适量 5% H2O2 趁热过滤，用 5% HCl 和蒸馏水充分 洗涤至接近中性。最后过滤、洗涤在 60oC下烘干得到氧化石墨样品。
石墨
氧化
氧化石墨
超声剥离
氧化石墨 片
还原
石墨烯
氧化还原法
优点：
操作简单 产量高 成本低廉 已实现大规模生产
缺点：
纯度较低 制成的石墨烯片易折叠 带有许多含氧基团
石墨烯
讲解提纲
一 石墨烯 （1）发现及历史
(2) 结构和性质
（3）制备及其优缺点 二 氧化石墨烯
（1）概述
（2）制备
（3）结构和性质
Page 1
（4）还原得石墨烯 （5）改性及实例
三 聚合物（氧化）石墨烯复合材料
（1）简介 （2）制备 （3）性质 四 六 应用及实例介绍 小结儿
Page 2
石墨烯凭借其独特的结构和优异的性质，一经发 现就成为国际碳材料领域研究的新热点。
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6
2石墨烯的结构与性质
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，其基本结 构是由碳原子以 sp2杂化键合形成的苯六元环。 石墨烯的发现使碳材料家族更加充实完整，形成 了包括：零维富勒烯，一维碳纳米管，二维石墨 烯，三维金刚石和石墨的完整体系。石墨烯是组 成其它碳材料的基本结构单元，它可以堆积叠加 形成三维的石墨(graphite)；可以卷曲形成一维 的碳纳米管(carbon nanotube)；也可以翘曲形成 零维的富勒烯(fullerence)，
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性质：
3石墨烯的制备及其优缺点
1 胶带剥离法
通过对天然石墨进行微机械剥离 （Micromechanical cleavage），我们可以得到 具有结构较为规整的石墨烯。
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剥离过程如下：首先将具有高结晶度的高定向热 解石墨固定在用双面胶粘结好的玻璃板上，并使 用另一片粘性胶带对其进行反复撕揭，然后不停 地重复这个过程，直至得到透明的片层。最后， 将样品放入有机溶剂中，胶带被溶解后便可得到 石墨烯样品。 此法的优点是可以得到结构较为规整，单片尺寸 较大的石墨烯此法的缺点在于，由于撕揭胶带的 过程高度不可控，会导致试验的重复性非常差， 而且产量小不适合大规模生产。
一 石墨烯 （1）发现及历史
(2) 结构和性质
（3）制备及其优缺点 二 氧化石墨烯
（1）概述
（2）制备
（3）结构和性质
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（4）还原得石墨烯 （5）改性及实例
三 聚合物（氧化）石墨烯复合材料
（1）简介 （2）制备 （3）性质 四 六 应用及实例介绍 小结儿
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石墨烯凭借其独特的结构和优异的性质，一经发 现就成为国际碳材料领域研究的新热点。
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2石墨烯的结构与性质
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，其基本结 构是由碳原子以 sp2杂化键合形成的苯六元环。 石墨烯的发现使碳材料家族更加充实完整，形成 了包括：零维富勒烯，一维碳纳米管，二维石墨 烯，三维金刚石和石墨的完整体系。石墨烯是组 成其它碳材料的基本结构单元，它可以堆积叠加 形成三维的石墨(graphite)；可以卷曲形成一维 的碳纳米管(carbon nanotube)；也可以翘曲形成 零维的富勒烯(fullerence)，
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性质：
3石墨烯的制备及其优缺点
1 胶带剥离法
通过对天然石墨进行微机械剥离 （Micromechanical cleavage），我们可以得到 具有结构较为规整的石墨烯。
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剥离过程如下：首先将具有高结晶度的高定向热 解石墨固定在用双面胶粘结好的玻璃板上，并使 用另一片粘性胶带对其进行反复撕揭，然后不停 地重复这个过程，直至得到透明的片层。最后， 将样品放入有机溶剂中，胶带被溶解后便可得到 石墨烯样品。 此法的优点是可以得到结构较为规整，单片尺寸 较大的石墨烯此法的缺点在于，由于撕揭胶带的 过程高度不可控，会导致试验的重复性非常差， 而且产量小不适合大规模生产。
石墨烯发展历程
石墨烯发展历程石墨烯是一种由碳原子构成的二维蜂窝状晶格结构的材料。
它的发展历程可以追溯到2004年，当时两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在使用普通胶带剥离石墨时发现了这种材料。
在他们进行实验时，他们注意到普通胶带从石墨表面剥离时形成了非常薄的薄膜。
通过进一步的研究，他们发现这些薄膜是由一个原子层的石墨组成，这就是后来被称为石墨烯的材料。
他们的发现在科学界引起了巨大的轰动，因为石墨烯具有许多独特的性质。
它是一个单层的纳米材料，但非常坚固和耐热。
石墨烯的电导率很高，且能够承受非常高的电流密度。
此外，石墨烯还具有优异的光学性质，对于光的吸收和发射具有高效率。
从2004年开始，石墨烯的研究就迅速发展起来。
科学家们开始研究如何大规模制备石墨烯，并发现了一种称为化学气相沉积的方法。
这种方法将碳气体在高温下沉积在基底上，形成石墨烯薄膜。
这种方法可以实现大规模生产，并且薄膜的质量相对较高。
随着对石墨烯的研究不断深入，科学家们发现了更多的应用潜力。
石墨烯被用于制造超级电容器、柔性电子器件和导热材料等。
它还可以用作传感器、催化剂和给药系统等。
虽然石墨烯有很多独特的性质和应用潜力，但要将其应用到实际中仍然面临一些挑战。
其中之一是大规模制备的问题，目前还没有实现低成本高质量的生产方法。
此外，石墨烯的集成和封装也是一个挑战，这对于将其应用到电子器件中非常重要。
鉴于石墨烯的独特性质和应用潜力，科学家们对其进行的研究仍在不断发展。
未来，有望看到更多的石墨烯应用于电子、能源和生物医学领域，并带来革命性的变化。
《石墨烯的研究方向及发展.ppt》
航空航天 军事装备
导热材料
锂离子电池
传感材料
石墨烯
散热材料
防腐耐磨涂层
生物医药
摩擦材料 水处理
薄膜 太阳能电池
5
02 制备方法
• 固相法 • 液相法 • 气相法
过渡页
Transition Page
6
02. 制备方法
固相法
机械剥离法
液相法
氧化还原法
气相法
化学气相 沉积法
外延生长法
液相剥离法
7
02. 制备方法
2630 m2/g，4 g可铺满一个
足球场
• 优异的热学性能
• 石墨烯的室温热导率约为5000 W/m· K， 是铝的20倍。
5
4
• 优异的力学性能
• 杨氏模量＞1100 GPa; 抗拉强 度＞130 GPa, 比钻石还坚硬。
4
01. 研究进展
1.3 石墨烯的应用方向 新能源汽车
显示触摸屏
超级电容器
已被石墨覆盖的金属表面发生吸附和分解，避免了碳膜的
多层生长，理论上CVD法能获得准确的单层石墨烯。 该法制备的石墨烯的纯度与微机械剥离法相近，具有很高 的产率和高的电子迁移率。
质量
成本
污染
产率
规模
2.1 机械剥离法
用胶带黏住石墨片的两侧面反复剥离或在固体表面反 复摩擦而获得石墨烯。 机械剥离法时间长、产率低、石墨烯层数与尺寸不可 控，难以分离，无法用于规模化生产。
质量
规模
污染
成本
产率
8
02. 制备方法
2.2 液相剥离法
直接将石墨或石墨层间化合物在具有匹配表面能的 有机溶剂中进行超声或高速剪切剥离与分散，再将得到 的悬浊液离心分离，去除厚层石墨，即可获得石墨烯。
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• 超大比表面积：由于石墨稀的厚度只有一个碳原子厚，即 0.335纳米，所有石墨稀拥有超大的比表面积，理想单层 石墨稀的比表面积比普通的活性碳比表面积大得多。
• •
•
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和 康斯坦丁·诺沃肖洛夫，从石墨中成功分离出石墨烯，而 他们分离的方法也极为简单，他们把石墨薄片粘在胶带上, 把有粘性的一面对折，再把胶带撕开,这样石墨薄片就被 一分为二。通过不断地重复这个过程,片状石墨越来越薄， 最终就可以得到一定数量的石墨烯。 十余年来，各国科研人员针对石墨烯开展了大量研究工 作，试图研制出高效、可控的制备石墨烯纳米带的技术工 艺。
石墨稀结构
• 石墨稀的基本结构单元 为有机材料中最稳定的 苯六元环，是目前最理 想的二维纳米材料。
• 理想的石墨烯结构可以看作是一层被剥离的石墨分子，每 个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形 成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电 性。二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料
的基本组成单元。
石墨稀和其他碳元素的区别
•
石墨可以看成是多层石墨 稀片堆垛而成。
• 碳纳米管可以看作是卷曲 圆筒状的石墨稀。 • 富勒球可以看作通过多个 六元环和五元环按照适当 顺序排列得到的。
石墨稀的性能
•
石墨稀是迄今已知强度最大，厚度最小的材料，其强度 为钢的100倍，比金刚石还要坚硬，石墨中电子 最大 传输速度达到光速的三百分之一，传输速度比计算机芯片 中的硅还要快，石墨稀的室温下具有量子霍尔效应，双极 性电场效应等。
• 导电性极强: 石墨稀中的电子没有质量，电子的运动速度 超过了在其他金属单体或半导体的运动速度。石墨稀中电 子 最大传输速度达到光速的三百分之一，正因为如此， 石墨稀具有超强的导电性。
• 超过强度：石墨稀是矿物质中最软的，其莫氏硬度只有12级，但被分离成一个原子厚的石墨稀后，性能则发生突 变，其硬度将比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又有很好 的韧性，且可以弯曲。
•
• 基于法国SOLEIL同步加速器X射线等实验的研究成果，法 美科学团队成功研制出一种用于生产石墨烯纳米带半导体 的方法。
发展成果：首款石墨烯集成电路
• 科研人员在碳化硅表面刻 蚀凹槽，并以此作为基板， 通过控制基板的几何形状， 在其上形成仅有几纳米宽 的石墨烯纳米带。该项技 术可在常温下进行，其制 备的石墨烯半导体仅为此 前IBM公司所制纳米带的五 分之一宽。新一代高密度 集成电路的制备不再遥不 可及。
石墨烯的发展历程
•
• • • • 1934年，朗道和佩尔斯就指出了准二维晶体材料由于其 自身的热力学不稳定，在常温常压下会迅速分解。 菲利普·华莱士1947年就开始研究石墨烯的电子结构。 麦克鲁1956年推导出了相应的波函数方程。 林纳斯·鲍林1960年曾质疑过石墨烯的导电性。 1966年，大卫·莫明和赫伯特·瓦格纳提出 MerminWagner理论，指出表面起伏会破坏二维晶体的长程有序。 谢米诺夫1984年得出与波函数方程类型的狄拉克方程。 直到1987年，穆拉斯才首次使用“graphene”这个名称来 指定石墨稀。
• •
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2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和 康斯坦丁·诺沃肖洛夫，从石墨中成功分离出石墨烯，而 他们分离的方法也极为简单，他们把石墨薄片粘在胶带上, 把有粘性的一面对折，再把胶带撕开,这样石墨薄片就被 一分为二。通过不断地重复这个过程,片状石墨越来越薄， 最终就可以得到一定数量的石墨烯。 十余年来，各国科研人员针对石墨烯开展了大量研究工 作，试图研制出高效、可控的制备石墨烯纳米带的技术工 艺。
石墨稀结构
• 石墨稀的基本结构单元 为有机材料中最稳定的 苯六元环，是目前最理 想的二维纳米材料。
• 理想的石墨烯结构可以看作是一层被剥离的石墨分子，每 个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形 成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电 性。二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料
的基本组成单元。
石墨稀和其他碳元素的区别
•
石墨可以看成是多层石墨 稀片堆垛而成。
• 碳纳米管可以看作是卷曲 圆筒状的石墨稀。 • 富勒球可以看作通过多个 六元环和五元环按照适当 顺序排列得到的。
石墨稀的性能
•
石墨稀是迄今已知强度最大，厚度最小的材料，其强度 为钢的100倍，比金刚石还要坚硬，石墨中电子 最大 传输速度达到光速的三百分之一，传输速度比计算机芯片 中的硅还要快，石墨稀的室温下具有量子霍尔效应，双极 性电场效应等。
• 导电性极强: 石墨稀中的电子没有质量，电子的运动速度 超过了在其他金属单体或半导体的运动速度。石墨稀中电 子 最大传输速度达到光速的三百分之一，正因为如此， 石墨稀具有超强的导电性。
• 超过强度：石墨稀是矿物质中最软的，其莫氏硬度只有12级，但被分离成一个原子厚的石墨稀后，性能则发生突 变，其硬度将比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又有很好 的韧性，且可以弯曲。
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• 基于法国SOLEIL同步加速器X射线等实验的研究成果，法 美科学团队成功研制出一种用于生产石墨烯纳米带半导体 的方法。
发展成果：首款石墨烯集成电路
• 科研人员在碳化硅表面刻 蚀凹槽，并以此作为基板， 通过控制基板的几何形状， 在其上形成仅有几纳米宽 的石墨烯纳米带。该项技 术可在常温下进行，其制 备的石墨烯半导体仅为此 前IBM公司所制纳米带的五 分之一宽。新一代高密度 集成电路的制备不再遥不 可及。
石墨烯的发展历程
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• • • • 1934年，朗道和佩尔斯就指出了准二维晶体材料由于其 自身的热力学不稳定，在常温常压下会迅速分解。 菲利普·华莱士1947年就开始研究石墨烯的电子结构。 麦克鲁1956年推导出了相应的波函数方程。 林纳斯·鲍林1960年曾质疑过石墨烯的导电性。 1966年，大卫·莫明和赫伯特·瓦格纳提出 MerminWagner理论，指出表面起伏会破坏二维晶体的长程有序。 谢米诺夫1984年得出与波函数方程类型的狄拉克方程。 直到1987年，穆拉斯才首次使用“graphene”这个名称来 指定石墨稀。