石墨烯介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石墨烯介绍
• Date: 2013年05月10日
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 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。
机械特性 (强度最大)
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。据 测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将 能承受大约两吨重物品的拉力，而不至于断裂.
化学性质 石墨烯具有与石墨相似的表面特性, 可以吸附各种原子和分子。
模型结果
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。
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》
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 石墨烯应用
石墨烯特性---缘何为“超级材料”
特性
导电性 (最好)
简述
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。这种稳定的晶格结 构使碳原子具有优秀的导电性。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; 在室温状况，石墨烯具有惊人的高电子迁移率（electron mobility），其数值超 过15,000 cm2V−1s−1, 电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料; 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。 硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一 些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量 不会被损耗;
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 石墨烯应用
石墨烯应用
1. 电子器件方面的应用
2. 代替硅生产超级计算机
室温下石墨烯具有l0倍于商用硅片的高 载流子迁移率(约10 am /V·s)，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。
如何获得石墨烯?
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? 石墨烯---2010诺贝尔物理学奖
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。 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.
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。
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。
名称
简述
碳 富勒烯 元 Fullerene 素 的 同 素 碳纳米管 异 性 体
石墨烯
1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理 查德·斯莫利等人在实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构 分子C60。克罗托获得1996年度诺贝尔化学奖随后又陆续发现C70 等一系列由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球或椭 球结构的共轭烯结构，以建筑学家富勒命名为富勒烯。
光学特性 石墨烯的可见光透过率97.7%，且与波长无关。因此自由悬浮的石墨烯是高度透明且无色无味的。
物理特性
仅有一个原子的厚度, 石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管, 集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10nm时，用它制造出的晶体管稳定性变 差。
热导率 (极高)
石墨烯的热导率约为5000 wm/K，是室温下铜的热导率（401 wm/K）的10倍多。
在1991年日本NEC公司的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨 透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意 外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的 “Carbon Nanotube”，即碳纳米管。
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。
他们离石墨烯பைடு நூலகம்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（Andre K. 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。
• Date: 2013年05月10日
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 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。
机械特性 (强度最大)
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。据 测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将 能承受大约两吨重物品的拉力，而不至于断裂.
化学性质 石墨烯具有与石墨相似的表面特性, 可以吸附各种原子和分子。
模型结果
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。
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》
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 石墨烯应用
石墨烯特性---缘何为“超级材料”
特性
导电性 (最好)
简述
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。这种稳定的晶格结 构使碳原子具有优秀的导电性。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; 在室温状况，石墨烯具有惊人的高电子迁移率（electron mobility），其数值超 过15,000 cm2V−1s−1, 电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料; 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。 硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一 些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量 不会被损耗;
1 石墨烯介绍 2 石墨烯特性 3 石墨烯应用
石墨烯应用
1. 电子器件方面的应用
2. 代替硅生产超级计算机
室温下石墨烯具有l0倍于商用硅片的高 载流子迁移率(约10 am /V·s)，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。
如何获得石墨烯?
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? 石墨烯---2010诺贝尔物理学奖
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。 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.
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。
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。
名称
简述
碳 富勒烯 元 Fullerene 素 的 同 素 碳纳米管 异 性 体
石墨烯
1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理 查德·斯莫利等人在实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构 分子C60。克罗托获得1996年度诺贝尔化学奖随后又陆续发现C70 等一系列由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球或椭 球结构的共轭烯结构，以建筑学家富勒命名为富勒烯。
光学特性 石墨烯的可见光透过率97.7%，且与波长无关。因此自由悬浮的石墨烯是高度透明且无色无味的。
物理特性
仅有一个原子的厚度, 石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管, 集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10nm时，用它制造出的晶体管稳定性变 差。
热导率 (极高)
石墨烯的热导率约为5000 wm/K，是室温下铜的热导率（401 wm/K）的10倍多。
在1991年日本NEC公司的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨 透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意 外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的 “Carbon Nanotube”，即碳纳米管。
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。
他们离石墨烯பைடு நூலகம்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（Andre K. 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。