石墨烯简介PPT课件
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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。
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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。
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
B
精选
石墨烯的性能
力学性质：106N/cm2 光学性质：2.3%
Science, 321, 385 (2008) Science 320, 1308 (2008)
热学性质：5300 W/mK 电学性质：1/300光速
Nano Lett. 8, 902 (2008) Science, 306, 666 (2004)
精选
16
石墨烯的表征—其它方法
石墨烯表征方法
热重—示差扫描
用于分析温度变化过程中的物理化学变化，如物质含量、 分解和氧化还原等，研究样品的热失重行为和热量变化。
低温氮吸附测试
测定石墨烯的孔结构和比表面积，计算比表面积、孔径大小、 孔分布、孔体积等物理参数。
傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR）
用来识别化合物和结构的官能团，在石墨烯制备中主要用于 氧化石墨烯的基面和边缘位的官能团的识别。
石墨烯的优异性能
精选
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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
石墨烯 (Graphene)
石墨烯的性质与大多数常见的三维物质不同，纯 石墨烯是一种半金属或零能隙半导体。理解石墨 烯的电子结构是研究其能带结构的起始点。参阅 前面能带结构图，科学家很早就察觉，对于低能 量电子，在二维的六角形布里渊区的六个转角附 近，能量-动量关系是线性关系
这引至电子和空穴的有效质量都等于零。因为这 线性色散关系，电子和空穴在这六点附近的物理 行为，好似由狄拉克方程描述的相对论性自旋 1/2粒子。所以，石墨烯的电子和空穴都被称为 狄拉克费米子，布里渊区的六个转角被称为“狄 拉克点”又称为“中性点”在这位置，能量等于零， 载子从空穴变为电子，从电子变为空穴。
常用制备方法
• 撕胶带法/轻微摩擦法 • 碳化硅表面外延生长 • 金属表面生长 • 氧化减薄石墨片法 • 石墨的声波处理法 • 肼还原法 • 乙氧钠裂解 • 切割碳纳米管法等
潜在应用
• 石墨烯晶体管 • 透明导电电极 • 太阳能电池 • 感光元件 • 超级电容器 • 石墨烯生物器件 • 抗癌治疗 • 集成电路等
石墨烯 (Graphene)
introdu ce
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以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。石墨烯一 直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存 在，直至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， 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”为由，共同获得 2010年诺贝尔物理学奖。
感光元件 柔性显示屏
石墨烯晶体管
Graphene in Semiconductors
• 一个理想的微电子材料需要： (1) 易于在大面积的衬底上生长，过程不产生危害物，能够与现有的硅基技术相容。 (2）与衬底介电材料之间能形成稳定的界面，缺陷浓度小，不会影响界面附近半导 体中载流子的输运 (3）和金属栅极之间的接触电阻较小 (4）最最重要的一点，足够好的热导率、迁移率以及一个合适的能隙宽度。这些特 性决定了该器件的频率和开关电流比。
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。
石墨烯科普PPT课件
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石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
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石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
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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。
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”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
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
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石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
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石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
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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。
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”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
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
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
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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
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石墨烯
16
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。
石墨烯简单介绍ppt课件
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。
7
发现历程
可惜的一步之遥
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Rodney Rouff层尝试着将石 墨在硅片上摩擦，并深信采用这个简单的办法可后的石墨烯，但 他没有对产物做进一步的检测
美国哥伦比亚大学的Philip Kim利用石墨制作了一个“纳米铅 笔”，在一个表面上画写并得到了石墨薄片，层数最低可达0层
5
发发现现历历程程
• 1947年Philip Wallace研究石墨烯电子结构
曲 • 1956年J.W.McClure推到出相应的波函数 • 1960年Linus Pauling曾质疑过石墨烯的导电性
折 • 1984年G.W.Semenoff得出与波函数方程类似的狄拉克方程 的 • 1987年首席使用“graphene”指代单层石墨烯
3
石墨烯介绍
1.发现历程 结构与性能 石墨烯制备 石墨烯应用 石墨烯未来
4
发现历程 碳─自然界万事万物中最重要 的物质，也是构成有机生命体的主 要元素。碳材料包括活性炭、碳黑、 碳纤维、金刚石、石墨。 随着纳米技术的发展，1985年 由60个碳原子构成的“足球”分子 C石60墨（层富卷勒曲烯而）成被的发一现维，管19状91纳年米由结 构：碳纳米管被发现。 2004年英国曼彻斯特大学两位 科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在用机械剥离发制备出 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。
7
发现历程
可惜的一步之遥
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Rodney Rouff层尝试着将石 墨在硅片上摩擦，并深信采用这个简单的办法可后的石墨烯，但 他没有对产物做进一步的检测
美国哥伦比亚大学的Philip Kim利用石墨制作了一个“纳米铅 笔”，在一个表面上画写并得到了石墨薄片，层数最低可达0层
5
发发现现历历程程
• 1947年Philip Wallace研究石墨烯电子结构
曲 • 1956年J.W.McClure推到出相应的波函数 • 1960年Linus Pauling曾质疑过石墨烯的导电性
折 • 1984年G.W.Semenoff得出与波函数方程类似的狄拉克方程 的 • 1987年首席使用“graphene”指代单层石墨烯
3
石墨烯介绍
1.发现历程 结构与性能 石墨烯制备 石墨烯应用 石墨烯未来
4
发现历程 碳─自然界万事万物中最重要 的物质，也是构成有机生命体的主 要元素。碳材料包括活性炭、碳黑、 碳纤维、金刚石、石墨。 随着纳米技术的发展，1985年 由60个碳原子构成的“足球”分子 C石60墨（层富卷勒曲烯而）成被的发一现维，管19状91纳年米由结 构：碳纳米管被发现。 2004年英国曼彻斯特大学两位 科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在用机械剥离发制备出 石墨烯。
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
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石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
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石墨烯能带结构
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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
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（2）原子力显微镜表征
石墨烯的组成与结构
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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。
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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
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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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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？
复合材料
作为添加剂，使自身与基底的优异性能协同发挥作用
晶体管
加偏压为半导体，作为晶体管源电极和漏电极之间的通道
太阳能电池 作为太阳能电池中的空穴传输层或活性物质，提高光电转换率
ห้องสมุดไป่ตู้锂电池
由于其高比表面积和化学稳定性可作为导电剂或者正负极材料
触控屏幕
由于其高导电性和高透明性，可以替代透明导电薄膜氧化铟锡
水处理
作为吸附剂或者选择性透过膜，对污染物起到吸附或阻隔作用
精选
精选
12
石墨烯表征方法 扫描电子显微镜（ SEM ）
扫描电子显微镜可以用来观察石墨烯样品的整体形貌和表面结构。
精选
13
石墨烯表征方法 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）
HRTEM为石墨烯的一个简单快速的表征，在HRTEM下，可清晰看到石墨烯 呈轻纱状半透明片状结构分布，从图精选中可大致估计石墨烯的层数和大小。 14
03
结构
05
性能
07
11
制备方法
123
目录Contents
20
Page
应用与性 能的关系
5
精选
结构 Structure
A
精选
石墨烯是构建多种碳同素异形体的基本单元
石墨烯结构
一句话通俗解释石墨烯：单层的碳原子结构，如果将石墨比作一本书的话，
那么单层石墨烯就是其中的一页纸。
精选
4
性能 Performance
精选
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石墨烯表征方法
拉曼光谱（ Raman ）
1580 cm-1
2700 cm-1
1350 cm-1
拉曼光谱是表征石墨烯石墨烯层数和缺陷的最简单可靠方法，在石墨烯 器件的研究中，这两个性质对器件特性的影响是至关重要的。
精选
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石墨烯表征方法
2D峰 G峰
1、G峰是主要特征峰，随着石墨烯层数n的增加，G峰位置向低波数移动，其位移与 1/n相关。 2、D峰是无序振动峰，可表征石墨烯样品中的缺陷或者边缘，理论上CVD法制备的石 墨烯没有D峰或者非常弱。 3、2D峰是双声子共振拉曼峰，单层石墨烯的2D峰只有一个峰，石墨有两个峰。
X射线衍射（ XRD ）
石墨烯表征方法
XRD可用来表征石墨烯的合成过程，对每一步反应进行监控，比较适用 于化学氧化还原法制备石墨烯，不适合CVD法制备的石墨烯。
精选
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原子力显微镜（AFM）
石墨烯表征方法
原子力显微镜是石墨烯片层结构最有力、最直接有效的工具。它可以 清晰地反应出石墨烯的大小、厚度等信息。
B
精选
石墨烯的性能
力学性质：106N/cm2 光学性质：2.3%
Science, 321, 385 (2008) Science 320, 1308 (2008)
热学性质：5300 W/mK 电学性质：1/300光速
Nano Lett. 8, 902 (2008) Science, 306, 666 (2004)
精选
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石墨烯的表征—其它方法
石墨烯表征方法
热重—示差扫描
用于分析温度变化过程中的物理化学变化，如物质含量、 分解和氧化还原等，研究样品的热失重行为和热量变化。
低温氮吸附测试
测定石墨烯的孔结构和比表面积，计算比表面积、孔径大小、 孔分布、孔体积等物理参数。
傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR）
用来识别化合物和结构的官能团，在石墨烯制备中主要用于 氧化石墨烯的基面和边缘位的官能团的识别。