二维纳米材料-石墨烯.综述
石墨烯：奇特的二维材料
石墨烯：奇特的二维材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有许多独特的物理和化学性质，被誉为21世纪最具潜力的材料之一。
石墨烯的发现开启了新材料领域的研究热潮，吸引了众多科学家和工程师的关注。
本文将介绍石墨烯的结构特点、性质以及应用前景，探讨这种奇特材料在各个领域的潜在应用价值。
石墨烯的结构特点石墨烯是由一个层层堆叠的碳原子构成的二维晶体结构，每个碳原子与周围三个碳原子形成sp2杂化键，呈现出类似蜂窝状的六角形结构。
这种紧密排列的结构使得石墨烯具有极高的强度和导电性，同时又非常轻薄灵活。
石墨烯的厚度仅为一个原子层，是目前已知最薄的材料之一，同时也是世界上最坚硬的材料之一。
石墨烯的物理性质石墨烯具有许多独特的物理性质，使其在各个领域都具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯具有极高的导电性和热导率，远远超过传统材料如铜和铝。
这使得石墨烯在电子器件、传感器等领域具有巨大的潜在应用价值。
其次，石墨烯具有优异的机械性能，具有极高的强度和韧性，可以用于制备轻量化、高强度的复合材料。
此外，石墨烯还具有优异的光学性质，可以用于制备透明导电膜、光学器件等。
石墨烯的化学性质除了优异的物理性质外，石墨烯还具有许多独特的化学性质。
石墨烯具有极强的化学稳定性，可以在常温下稳定存在，不易与其他物质发生化学反应。
同时，石墨烯具有丰富的表面官能团，可以通过化学修饰实现对其性质的调控，拓展其在生物医药、环境保护等领域的应用。
此外，石墨烯还具有优异的吸附性能，可以用于吸附有害气体、重金属离子等。
石墨烯的应用前景由于其独特的结构和性质，石墨烯在各个领域都具有广泛的应用前景。
在电子器件领域，石墨烯可以用于制备高性能的场效应晶体管、柔性显示器等；在能源领域，石墨烯可以用于制备高效的锂离子电池、超级电容器等；在材料领域，石墨烯可以用于制备高强度、高导电性的复合材料；在生物医药领域，石墨烯可以用于制备药物载体、生物传感器等。
可以预见，随着石墨烯材料的不断研究和发展，其在各个领域的应用将会不断拓展，为人类社会带来更多的科技创新和发展机遇。
二维纳米材料 石墨烯
1、发现之路
在进行理论计算时,石墨烯一直是石墨以及后来出现的碳纳米管 的基本结构单元。但传统理论认为,石墨烯也只能是一个理论上 的结构,不会实际存在。
1、发现之路
“胶带成就诺贝尔奖”
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的两位科学家——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。
1、发现之路
2004年，两位科学家通过使用胶带反复剥离石墨的方法在绝缘基底上获得 了单层或少层的石墨烯并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优 异的电学、力学、热学和光学性能，从而掀起了石墨烯应用研究的热潮。
1、发现之路
盖姆在2010年的诺贝尔奖颁奖典礼上回顾了 石墨烯的发展史，认可了前人对薄层石墨的 早期研究工作。其中有部分工作早在20世纪 70年代就已经开始了。
2004年更早一篇关于石墨烯表征的论文
其实，同盖姆和诺沃肖罗夫工作更接近的是 美国乔治亚理工学院的沃尔特德伊尔（Walt de Heer）关于SiC外延生长石墨烯的研究。
早在1934年,朗道(L.D. Landau)和佩尔 斯(R. E. Peierls)就指出准二维晶体材料 由于其自身的热力学不稳定性,在常温 常压下会迅速分解。
1966年,大卫·莫明(David Mermin)和 赫伯特·瓦格纳(Herbert Wagner)提出 Mermin-Wagner理论,指出表面起伏会 破坏二维晶体的长程有序。
石墨烯材料和二维材料
石墨烯材料和二维材料石墨烯和二维材料是当今世界上备受瞩目的材料，因为它们不仅具有超强的物理和化学性质，而且在电子学、能源、生物医学和催化等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯是一种由碳原子组成的单层图形化物质，具有优异的电学、热学、力学和光学性质。
石墨烯是最薄的材料，只有一张碳原子层，它的薄度约为人类头发直径的百万分之一，同时还是最强的材料之一，比钢铁还硬。
石墨烯的导电性比铜高几百倍，传热性比银好几倍。
这些超级材料特性使得它们在电子、传感和纳米技术等领域有着广泛的应用。
石墨烯的诞生始于2004年，由英国曼彻斯特大学的安德鲁·盖姆（Andrew Geim）教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）教授共同发现。
他们将石墨烯从普通的石墨中分离出来，并证明它可用于制作新型的纳米电子器件。
他们因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。
随着科学技术的发展和研究的深入，许多新的二维材料如黑磷、二硫化钼等材料也相继被发现和研究。
这些新型材料不仅具有与石墨烯相似的优异性质，而且还拥有独特的性质和应用前景。
例如，黑磷是一种新型的二维半导体材料，它的电学性质类似于石墨烯，但与之不同的是，黑磷的带隙（能带中的禁带宽度）可以通过加厚以控制其电学性质。
这意味着黑磷不仅可以用于电子器件的制造，还可以用于光电器件的制造。
而且，黑磷在电池和超级电容器中也具有广泛的应用前景。
除了黑磷之外，二硫化钼也是一种备受关注的二维材料。
它具有特殊的电学、光学和力学性质，导致它在电子和光电领域的应用具有重要的潜力。
许多研究表明，二硫化钼在制造光电二极管、光电传感器和太阳能电池方面具有优异的效果。
总的来说，石墨烯和二维材料是未来科学技术的重要部分。
它们的出现将开创先河，打开诸多新的应用领域。
尽管这些材料还处于研究阶段，但通过对其物理、化学和力学性质的深入研究，我们可以预见这些材料在电子、能源、生物医学、催化等领域的应用将越来越广泛。
二维纳米材料范文
二维纳米材料范文二维纳米材料（two-dimensional nanomaterials）是一类具有二维特性的纳米材料，具有出色的性能和广泛的应用潜力。
它们由只有几十个原子乃至一个原子厚的单层材料组成，具有高度可调控性和可扩展性。
这一类材料在材料科学、纳米技术和电子器件等领域受到了广泛的关注。
二维纳米材料的最典型代表是石墨烯（graphene），它是由碳原子构成的单层二维结构，具有出色的导电性和机械性能。
石墨烯不仅具有高电导率，还具有优异的热导率、机械强度和柔韧性。
因此，它在电子器件、能源储存、传感器、透明导电薄膜等领域有着广泛的应用。
此外，二维纳米材料还包括二硫化钼（molybdenum disulfide）、二硫化钨（tungsten disulfide）等过渡金属二硫化物材料。
这些材料具有优异的光学和电子特性，可用于光电器件、催化剂、传感器等领域。
二维纳米材料的制备方法主要有机械剥离、化学气相沉积、溶液法、热剥离等。
其中，机械剥离是最早的制备方法，通过用胶带对固体材料进行多次剥离得到单层材料。
化学气相沉积则是通过在高温下，以特定化合物为前驱体，在衬底上进行化学反应制备出二维纳米材料。
溶液法则通过将材料分散到溶液中，然后在衬底上进行沉积和转移得到二维纳米材料。
然而，二维纳米材料也面临一些挑战。
首先，二维纳米材料的制备需要高度精确的控制条件，如温度、压力和浓度等。
其次，由于材料的表面积大幅缩小，其稳定性和可靠性仍然是一个挑战。
此外，二维纳米材料的大规模制备和集成技术也需要进一步研究和发展。
综上所述，二维纳米材料作为一类新兴的纳米材料，具有出色的性能和广泛的应用潜力。
通过研究和开发这些材料，将有助于开拓新的领域和应用，推动纳米技术的进一步发展。
石墨烯纳米材料
石墨烯纳米材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有许多出色的特性，如高
导热性、高机械强度和优异的电学特性。
由于这些特性，石墨烯被广泛认为是未来材料科学领域的一个重要研究方向。
首先，石墨烯的高导热性使其成为热管理领域的理想材料。
石墨烯的热导率非
常高，远远超过许多其他材料。
这使得石墨烯可以应用于电子设备和热管理系统中，提高设备的散热效率，从而延长设备的使用寿命。
其次，石墨烯的高机械强度使其成为一种理想的结构材料。
石墨烯的强度非常高，即使是单层石墨烯也可以承受很大的拉伸力。
这使得石墨烯可以应用于制备高强度的复合材料，用于航空航天和汽车等领域，提高材料的强度和耐久性。
另外，石墨烯的优异电学特性也为其在电子领域的应用提供了广阔的空间。
石
墨烯具有非常高的电子迁移率和热稳定性，使其成为一种优秀的导电材料。
这使得石墨烯可以用于制备高性能的电子器件，如场效应晶体管和光电探测器等。
总的来说，石墨烯作为一种纳米材料，具有许多出色的特性，使其在热管理、
结构材料和电子器件等领域都有着广阔的应用前景。
随着石墨烯制备技术的不断进步，相信石墨烯将会在未来的材料科学领域发挥越来越重要的作用。
二维材料石墨烯范文
二维材料石墨烯范文石墨烯是一种由一层碳原子以六角晶格结构排列成的二维材料。
它具有许多独特的性质和潜在的应用，因此在材料科学领域备受关注。
石墨烯最初于2004年由安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室中分离出来。
他们使用胶带将石墨层分离，并不断重复这个过程，最终得到了只有一层碳原子的石墨烯。
石墨烯具有一系列独特的性质，使其成为引起科学家和工程师广泛兴趣的材料之一、首先，石墨烯具有出色的电导率。
碳原子之间有非常紧密的键合，使电子在其中能够自由移动。
这使得石墨烯成为一种优秀的导电材料，可能有许多电子器件应用，在电子学、光电子学和能量存储等领域都有潜在应用。
其次，石墨烯具有极高的机械强度。
尽管只有一层碳原子，但石墨烯的强度比钢高200倍。
这使得石墨烯具有出色的耐用性，可以用于制造高强度和轻量化材料，如强度超强的纳米材料、超级电容器等。
石墨烯还具有优异的热传导特性。
由于其一维的蜂窝结构，热子在石墨烯中能够以极快的速度传播，使其具有出色的散热性能。
这使石墨烯有望用于制造高效的散热材料和热管理系统。
此外，石墨烯还具有出色的光学特性。
由于碳原子在石墨烯中排列成六角形晶格，导致石墨烯对光的吸收和散射特性都非常独特。
这使石墨烯有潜力在光学领域应用，如太阳能电池、光伏技术等。
然而，石墨烯的大规模生产和应用仍面临许多挑战。
首先，制备高质量的石墨烯是一个复杂和昂贵的过程。
传统的方法通常涉及使用化学气相沉积或机械剥离的方法，这限制了石墨烯的大规模生产。
其次，石墨烯在制造过程中易于受到杂质污染，这会降低其性能。
因此，研究人员正在努力开发新的制备方法，以提高石墨烯的质量和纯度。
此外，石墨烯在实际应用中还面临许多挑战。
例如，石墨烯的高导电性也意味着在一些应用中可能产生电子热效应和电磁辐射等问题。
此外，石墨烯的机械强度可能会受到缺陷和杂质的影响。
因此，需要进一步研究和改进石墨烯的性能，以实现其在实际应用中的广泛应用。
石墨烯的研究与应用综述、产业现状
石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。
石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。
石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至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，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。
良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。
极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。
超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。
超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。
微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
石墨烯纳米材料
石墨烯纳米材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米片，其在厚度方向上只有一个碳原子的厚度，是迄今为止最薄的材料。
由于它具有独特的结构和优异的性能，石墨烯纳米材料引起了广泛的研究兴趣。
首先，石墨烯纳米材料具有出色的机械性能。
由于其独特的结构，每个碳原子都完全共价结合，使石墨烯具有极高的强度和刚度。
实验结果表明，石墨烯的拉力强度可以达到130 GPa，是钢铁的200倍以上。
此外，石墨烯还具有优异的弹性，可以在拉伸和压缩过程中保持其完整性和形状。
其次，石墨烯纳米材料还具有优越的导电性。
由于其碳原子的高度结晶性和共价键结构，电子在石墨烯中能够自由移动。
实验研究表明，石墨烯的电子迁移率可达200,000 cm²/Vs，是现有最好的导体之一。
这使得石墨烯在电子器件中有着潜在的应用，例如高性能晶体管、柔性显示屏和导电纳米线。
此外，石墨烯纳米材料还具有优良的热导性。
由于其二维结构和碳原子之间通过共价键连接，热子能够快速地在石墨烯中传递。
实验结果表明，石墨烯的热导率可以达到3000 W/mK，是铜的几倍以上。
这使得石墨烯具有很大的潜力在热管理和散热器领域应用。
此外，石墨烯纳米材料还具有许多其他独特的性质，例如高透明性、极高的比表面积和化学稳定性。
这些性质使得石墨烯在多个领域都有广泛的应用前景，包括能源领域的太阳能电池和储能器件，环境领域的污水处理和膜分离技术，医疗领域的生物传感器和药物递送系统等。
总之，石墨烯纳米材料是一种具有出色的性能和潜在应用的材料。
随着研究的深入和技术的发展，相信石墨烯纳米材料将在未来的科技领域中发挥越来越重要的作用，并为我们带来更多的创新和发展机会。
石墨烯二维材料的新奇物性与应用
石墨烯二维材料的新奇物性与应用石墨烯是一种由碳原子形成的单层结构，被誉为二十一世纪最有潜力的材料之一。
它具有独特的物理和化学性质，使其在各个领域都具备广泛的应用前景。
本文将就石墨烯的新奇物性及其在不同领域的应用做一综述。
一、石墨烯的新奇物性1. 直接带隙性质：相较于传统的石墨材料，石墨烯具有非零的能带间隙，这使其具备了在电子学领域中更加广泛的应用空间。
2. 高载流子迁移率：石墨烯的载流子迁移率极高，远远超过常见半导体材料如硅。
这使其在高速电子器件方面具备了巨大的潜力。
3. 热稳定性：石墨烯的热稳定性极高，可以承受高温环境下的工作。
这项特性使得石墨烯在电子产品的高温工作环境下有着广泛的应用前景。
4. 巨大的比表面积：由于石墨烯非常薄且具有二维结构，使其具有巨大的比表面积。
这使得石墨烯在催化剂、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
5. 灵活性和透明性：石墨烯极其薄且具有良好的柔韧性，同时具备极高的透明性。
这使得石墨烯在柔性电子学领域具有巨大的应用潜力。
二、石墨烯在电子学领域的应用1. 石墨烯晶体管：由于石墨烯带有直接带隙和高迁移率的特性，使其成为可能对传统硅晶体管进行替代。
石墨烯晶体管具有更低的功耗和更高的工作频率。
2. 石墨烯透明导电膜：石墨烯具有良好的透明性，同时具有优越的导电性能。
因此，石墨烯透明导电膜在触摸屏、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
3. 石墨烯传感器：石墨烯对周围环境中微小事件的敏感性使其成为一种理想的传感器材料。
石墨烯传感器在气体传感、生物传感等领域具有巨大的应用潜力。
三、石墨烯在能源领域的应用1. 石墨烯催化剂：石墨烯由于巨大的比表面积和良好的导电性能，可以作为高效催化剂用于固体氧化物燃料电池、电解水等能源转换领域。
2. 石墨烯电池：利用石墨烯作为电极材料，可以提高电池的能量密度和循环寿命。
石墨烯电池在锂离子电池、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。
四、石墨烯在其他领域的应用1. 石墨烯复合材料：将石墨烯与其他材料复合，可以有效改善材料的力学性能、导电性能等。
石墨烯及其材料综述
关于石墨烯和石墨烯复合材料的综述石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。
自从2004 年发现以来，研究者对这种材料在未来技术革命方面提出了大量的建设性创意，石墨烯被认为是未来能够取代硅的一种新型电子材料。
石墨烯是只有一个原子厚的结晶体，具有超薄、超坚固和超强导电性等特性，其优异的电学、热学和力学性能，在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用价值引起了科学界新一轮的“碳”热潮。
它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬，仅仅是一个原子的厚度，并形成了高质量的晶体格栅，石墨烯的结构，是由碳原子六角结构紧密排列构成的二维单层石墨，是构造其他维度碳质材料的基本单元。
它可以包裹形成0 维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管，同样，它也可以层层堆叠构成三维的石墨。
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。
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。
大量制备尺寸、厚度可控的石墨烯材料对石墨烯基材料的应用具有重要的意义。
制备石墨烯可以归结为两个基本的思路：一是以石墨为原料，通过削弱以及破坏石墨层间的范德华力来剥开石墨层从而得到石墨烯：二是基于活性碳原子的定向组装，“限制”碳原子沿平面方向生长。
基于上述思想，化学剥离法、SiC 表面石墨化法和金属表面外延法等一些新的方法相继被报道。
本人通过大量的归纳总结，共总结出以下七种方法。
机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG）表面剥离开来。
二维纳米材料-石墨烯.综述
1、发现之路
“二维结构”从想象到现实
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，其厚 度为0.335nm，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。电子显微 镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.142nm。
1、发现之路
Mather of all graphitic forms
Carbon Graphite C60 nanotube 石墨烯可看作是其他维数碳质材料的基本构建模块，它可以被包成 零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或堆叠成三维的石墨。
(2)单层石墨烯的导热率与片层宽度、缺陷密度和边缘粗糙度密切相 关；
(3) 石墨稀片层沿平面方向导热具有各向异性的特点； (4) 在室温以上，导热率随着温度的增加而逐渐减小。 (5)随着层数增多，热导率逐渐降低，当层数达到 5-8层以上，减小到 石墨的热导率值（理论2200W/mK，正常1000W/mK左右）
完美的二维晶体结构 无法在 非绝对零度稳定存在
1966年,大卫· 莫明(David Mermin)和 赫伯特· 瓦格纳(Herbert Wagner)提出 Mermin-Wagner理论,指出表面起伏会 破坏二维晶体的长程有序。
1、发现之路
实验物理学家及材料学家与理论物理学家不同, 他们不喜欢被理论所束缚。
石墨烯三维能带结构图
双极性场效应
2、特性
电学特性
以单层石墨烯为例，其电子等载流子的有效质量*为零，而且可在室温下 显示出量子霍尔效应*。还会发生电阻值固定不会随距离变化的“无散射 传输”*现象。
*有效质量：指连接运动量与能量的方程式2阶微分时的系数。有效质量为零时， 载流子就会像“光”一样快速运动。同时有利于提高施加电压时的响应速度。而 相对于磁场的“回旋（Cyclotron)重量”则不会为零。 *量子霍尔效应：对电子二维分布的层（二维电子系统）施加强磁场时，电子轨道 及能量水平所取的值不相关（量子化）的现象。一般只能在极低温度环境下观测 到这种现象。常被用作半导体品质较高的证据。 *无散射传输：又称弹道传输（ballistic transport）。会在材料中的载流子平均自 由行程长度大于材料的尺寸，而且载流子处于相干状态时发生。会失去材料本身 的电阻，只会因用来施加电压的电极能带构造而产生电阻（量子化电阻）。与超 电导极为不同的是，不会发生阻断外部磁场的现象（迈斯纳效应）。
二维材料综述
二维材料综述
二维材料是指厚度只有几个原子层的材料，它们在一个平面上具有宏观尺寸，
但在另一个平面上只有纳米尺度。
二维材料由于其独特的结构和性质，在过去几十年中引起了广泛的研究兴趣。
本文将对几种重要的二维材料进行综述，包括石墨烯、过渡金属二硫化物和黑磷等。
首先，石墨烯是最早被发现的二维材料，由碳原子构成的单层二维晶格结构。
石墨烯具有优异的导电性、热导性和机械性能，因此被广泛应用于电子器件、传感器和催化剂等领域。
除了石墨烯，过渡金属二硫化物也是一类重要的二维材料，其具有丰富的结构和性质。
过渡金属二硫化物在电子学、光学和磁学领域都有着重要的应用前景。
此外，黑磷是一种新型的二维材料，具有可调控的带隙和优异的光电性能，因此在光电子器件和柔性电子器件中具有广阔的应用前景。
除了上述几种二维材料外，还有许多其他类型的二维材料，如过渡金属氧化物、二硒化物和氮化物等。
这些二维材料在电子、光电子和能源领域都有着重要的应用价值。
随着二维材料的研究不断深入，人们对其性质和应用的理解也在不断提高，相信未来二维材料将会在许多领域展现出重要的作用。
总的来说，二维材料是一类具有重要应用前景的新型材料，其独特的结构和性
质使其在电子、光电子和能源领域具有广泛的应用价值。
随着对二维材料的深入研究，相信它们将会为人类社会带来更多的科技创新和发展。
石墨烯综述
石墨烯综述1.1石墨烯概述石墨烯(Graphene)作为一种平面无机纳米材料，在物理、化学、科技、数码方面的发展都是极具前景的。
它的出现为科学界带来极大的贡献，机械强度高，导热和导电功能极具优势，原材料来源即石墨也相当丰富，是制造聚合复合物的最佳无机纳米技术。
由于石墨烯的运用很广泛，导致在工业界的发展存在很严重的一个问题就是其制作过程规模浩大，所以应该将其合理地分散到相应的聚合物内部，达到均匀分布的效果，同时平衡聚合物之间的作用力。
石墨烯的内部结构是以碳原子以sp 2杂化而成的，是一种单原子结构的平面晶体，其以碳原子为核心的蜂窝状结构。
一个碳原子相应的只与非σ键以外的三个碳原子按照相应的顺序连接，而其他的π则相应的与其他的的碳原子的π电子有机地组成构成离域大π键，在这个离域范围内，电子的移动不受限制，因为此特性使得石墨烯导电性能优异。
另一方面，这样的蜂窝状结构也是其他碳材料的基础构成元素。
如图1-1 所示，单原子层的最外层石墨烯覆盖组成零维的富勒烯，任何形状的石墨烯均可以变化形成壁垒状的管状[1]。
因为在力学规律上，受限于二维晶体的波动性，所以任何状态的石墨烯都不是平整存在的，而是稍有褶皱，不论是沉积在最底层的还是不收区域限制的。
，如图1-2 所示，蒙特卡洛模拟（KMC）做出了相应的验证[3]。
上面所提的褶皱范围在横向和纵向上都存在差异，这种微观褶皱的存在会在一定程度上引起静电，所以单层的会很容易聚集起来。
同时，褶皱的程度也会相应的影响其光电性能[3-6]图1-1. 石墨烯:其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨[7]。
Figure 1-1. Graphene: the building material for other graphitic carbon materials. It can be wrapped up into 0D buckyballs, rolled into 1D nanotubes or stacked into 3D graphite[7].图 1-2. 单层石墨烯的典型构象[1]。
二维纳米材料——石墨烯
Nano letter. 2008, 8(10): 3166—3170
2011-11-9
9
5 复合材料
• 石墨烯独特的物理、化学和 机械性能为复合材料的开发 提供了原动力，可望开辟诸 多新颖的应用领域，诸如新 型导电高分子材料、多功能 聚合物复合材料和高强度多 孔陶瓷材料等。 • Zhuang等将三苯胺聚甲亚胺 与石墨烯氧化物共价结合得 到了具有电子开关性能的石 墨烯衍生物。
Chen等以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率 密度为10kW/kg, 能量密度为28.5Wh/kg,最大比电容 为205F/g,而且经过1200次循环充放电测试后还保留 90%的比电容,拥有较长的循环寿命。
2011-11-9
8
4 能源存储
• 材料吸附氢气量和其比 表面积成正比，石墨烯 拥有质量轻、高化学稳 定性和高比表面积的优 点，使其成为储氢材料 的最佳候选者。 • Froudakis等设计了新 型3D碳材料，孔径尺 寸可调,，他们将其称 为石墨烯柱。当这种新 型碳材料掺杂了锂原子 时，石墨烯柱的储氢能 力高达41g/L。
2011-11-9
Schematic of a graphene FET gas sensor device
Adv. Mater. 2010, 22, 3906–3924
7
3 超级电容器
石墨烯拥有高的比表 面积和高的电导率， 不像多孔碳材料电极 要依赖孔的分布，这 使它成为最有潜力的 电极材料。
J. Phys. Chem. C, Vol. 113, No. 30, 2009
2011-11-9
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2 传感器
• 石墨烯为电子传输 提供了二维环境和 在边缘部分快速多 相电子转移，这使 它成为电化学传感 器的理想材料。 气敏传感器暴露在 NH3下30分钟后， 石墨烯表面分子浓 度约为8×1013cm− 2
石墨烯：奇特的二维材料
石墨烯：奇特的二维材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多奇特的性质和潜在的应用价值。
它的发现引起了科学界的广泛关注，并被誉为“二十一世纪最重要的材料之一”。
本文将介绍石墨烯的结构、性质以及其在各个领域的应用。
一、石墨烯的结构石墨烯由一个碳原子层构成，这些碳原子以六边形的形式排列，形成一个类似于蜂窝状的结构。
这种结构使得石墨烯具有很高的强度和导电性。
石墨烯的厚度只有一个原子层，因此被称为二维材料。
二、石墨烯的性质1. 强度和韧性：石墨烯具有很高的强度和韧性，是已知最强硬的材料之一。
它的强度是钢的200倍，但重量却只有钢的1/6。
2. 导电性：石墨烯是一种优秀的导电材料，电子在其表面上可以自由移动。
石墨烯的电导率是铜的几百倍，是硅的几千倍。
3. 热导性：石墨烯具有很高的热导性，是铜的几倍。
这使得石墨烯在热管理和散热领域具有广泛的应用前景。
4. 透明性：尽管石墨烯只有一个原子层的厚度，但它却是一种透明材料。
石墨烯对可见光的透过率高达97.7%，对紫外光和红外光也有很好的透过性。
5. 气体屏障性：石墨烯具有很好的气体屏障性能，可以阻止气体和水分的渗透。
这使得石墨烯在包装材料和防腐蚀领域具有潜在的应用价值。
三、石墨烯的应用1. 电子学领域：石墨烯在电子学领域具有广泛的应用前景。
由于其优异的导电性能，石墨烯可以用于制造更小、更快的电子器件，如晶体管和集成电路。
2. 光电子学领域：石墨烯的透明性和导电性使其在光电子学领域具有潜在的应用价值。
石墨烯可以用于制造柔性显示屏、太阳能电池和光传感器等设备。
3. 能源领域：石墨烯在能源领域有着广泛的应用前景。
石墨烯可以用于制造高效的锂离子电池和超级电容器，以及用于储能和催化反应的材料。
4. 材料科学领域：石墨烯在材料科学领域有着广泛的应用前景。
石墨烯可以用于制造高强度、轻质的复合材料，以及用于增强材料的性能。
5. 生物医学领域：石墨烯在生物医学领域具有潜在的应用价值。
石墨烯（二维碳材料）
石墨烯（二维碳材料）
石墨烯（二维碳材料）
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。
很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体本身热力学性质不稳定，在室温环境下会迅速分解或者蜷曲，所以其不能单独存在。
[1]直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，对于石墨烯的研究才开始活跃起来，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。
用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。
另一方面，它非常致密，即使是最小的气体分子（氦气）也无法穿透。
这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
[2]。
石墨烯综述
石墨烯综述概要：自2004年石墨烯横空出世，便引起全世界科学家的关注。
随着研究的一步步深入，石墨烯的各项有点更是引起世界的惊叹。
第一次成功制备出石墨烯的两位科学家安德烈·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫也在2010年夺得诺贝尔物理学奖。
本文从石墨烯的发现，结构，特性，制备及应用几个方面出发，对石墨烯做了一次比较简单，全面的综述。
关键字：石墨烯，发现，结构，特性，制备，应用一，发现及研究进展斯哥尔摩2010年10月5日电瑞典皇家科学院5日宣布，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·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。
2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等利用胶带法制备出了石墨烯。
一问世，就受到广泛关注，对石墨烯的研究也越来越深入，石墨烯独特的碳二维结构，优越的性能，广泛的应用前景更是吸引了全世界科学家的目光。
可以说自2004年石墨烯横空出世，便轰动了整个世界，引起了全世界的研究热潮。
如今已过去五年，对石墨烯的研究热度却依然不减。
在短短的五年时间内，仅在Nature 和Science 上发表的与石墨烯相关的科研论文就达40 余篇。
新闻发布会上，美联社记者问及石墨烯的应用前景，海姆回答，他无法作具体预测，但以塑料作比，推断石墨烯“有改变人们生活的潜力”。
二，石墨烯的结构石墨是三维（或立体）的层状结构，石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。
但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定，其中一层就是石墨烯。
石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，即石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。
这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
纳米材料论文—石墨烯
纳米科技前沿Page1of 18题目：纳米材料——石墨烯摘要随着纳米材料的快速发展，纳米材料有着众多优秀的理化性质，同时，还包括在应用领域优秀的应用性能，本文从纳米材料的基本性质出发，叙述纳米材料的特有性质，继而本文叙述了对于标志这纳米材料发展的有着重要意义的三种材料——富勒烯，碳纳米管，石墨烯。
而本文的核心是关于目前最具前景的纳米材料——石墨烯。
石墨烯是一种碳纳米二维材料，原子以sp2杂化轨道方式构成，平面像六角的蜂巢结构，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快，而全材料仅一个碳原子厚度，是全世界已知材料最薄的材料。
本文从石墨烯的发展历史出发，叙述石墨烯的优异理化性质，最后叙述石墨烯的不同制备方法以及该方法的优劣之处。
关键词：石墨烯理化性质制备方法AbstractWith the rapid development of nanomaterials, nanomaterials have many excellent physical and chemical properties, as well as excellent application properties in the field of application. Starting from the basic properties of nanomaterials, this paper describes the unique properties of nanomaterials, and then describes three kinds of materials which are of great significance to mark the development of nanomaterials: fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanotubes, Graphene. The core of this paper is about the most promising nano material graphene.Graphene is a kind of carbon nano two-dimensional material. The atoms are composed of SP2 hybrid orbitals. The plane is like a hexagonal honeycomb structure. The material is very firm and hard. At room temperature, the speed of electron transfer is faster than that of known conductors. The whole material is only one carbon atom thick, which is the thinnest known material in the world. Starting from the development history of graphene, this paper describes the excellent physical and chemical properties of graphene, and finally describes the different preparation methods of graphene and the advantages and disadvantages of this method.Key words: physical and chemical properties of graphene, preparation methods.目录1纳米材料概述 (4)1.1纳米材料 (4)1.2纳米材料的基本特性 (4)1.2.1 表面效应 (4)1.2.2 小尺寸效应 (4)1.2.3 磁学性质 (6)1.2.4 量子尺寸效应 (6)1.2.5 宏观量子隧道效应 (6)1.2.6 纳米材料奇特的物理性能 (7)1.3纳米材料的发展 (7)1.3.1 富勒烯 (7)1.3.2 碳纳米管 (9)1.3.3 石墨烯 (10)2石墨烯 (13)2.1石墨烯概述 (13)2.2石墨烯的性质 (13)2.2.1 结构性质 (13)2.2.2 电子性质 (14)2.2.3 其他性值 (16)2.3石墨烯的制备 (16)2.3.1 机械剥离法 (17)2.3.2 碳化硅表面外延生长法 (17)2.3.3 化学气相沉积法 (18)2.3.4 氧化石墨还原法 (18)3参考论文............................................................................................ 错误!未定义书签。
二维材料综述
二维材料综述二维材料是指在一个或两个方向上具有纳米尺度的材料，它们的厚度在纳米尺度，而在另外两个方向上则可以延伸至微米尺度。
二维材料因其独特的结构和性质而备受关注，被广泛应用于电子器件、光学器件、传感器等领域。
本文将就二维材料的种类、制备方法、性质和应用进行综述。
首先，二维材料的种类多种多样，其中最为著名的是石墨烯。
石墨烯是由碳原子单层排列而成的二维晶体结构，具有优异的导电性和热导性，因此在电子器件领域有着广泛的应用前景。
除了石墨烯，二维过渡金属二硫化物、二硒化物、氮化硼等材料也备受关注，它们在光学器件和传感器领域具有重要的应用价值。
其次，二维材料的制备方法多种多样，包括机械剥离法、化学气相沉积法、溶液剥离法等。
这些方法各有优缺点，可以根据不同的需求选择合适的制备方法。
例如，机械剥离法制备的石墨烯具有较高的质量，适用于研究基础性质；而化学气相沉积法制备的二硫化钼薄膜则适用于大面积制备。
此外，二维材料具有许多独特的性质，如量子限域效应、表面增强拉曼散射效应等。
这些性质使得二维材料在传感器领域有着广泛的应用前景。
例如，石墨烯基传感器可以实现对气体、生物分子等的高灵敏度检测，具有重要的应用价值。
最后，二维材料在电子器件、光学器件、传感器等领域有着广泛的应用。
例如，石墨烯透明导电薄膜可以应用于柔性电子器件；二硫化钼可以制备高性能光电器件。
由于二维材料具有优异的性能和多样的制备方法，因此在未来将有着广阔的发展前景。
综上所述，二维材料因其独特的结构和性质，在电子器件、光学器件、传感器等领域有着广泛的应用前景。
随着制备方法的不断完善和性质的深入研究，相信二维材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用。
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1、发现之路
“胶带成就诺贝尔奖”
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的两位科学家——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。
1、发现之路
2004年，两位科学家通过使用胶带反复剥离石墨的方法在绝缘基底上获得 了单层或少层的石墨烯并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优 异的电学、力学、热学和光学性能，从而掀起了石墨烯应用研究的热潮。
1、发现之路
盖姆在2010年的诺贝尔奖颁奖典礼上回顾了 石墨烯的发展史，认可了前人对薄层石墨的 早期研究工作。其中有部分工作早在20世纪 70年代就已经开始了。
2004年更早一篇关于石墨烯表征的论文
其实，同盖姆和诺沃肖罗夫工作更接近的是 美国乔治亚理工学院的沃尔特德伊尔（Walt de Heer）关于SiC外延生长石墨烯的研究。
1、发现之路
对于碳纳米管的发现者，科学界一直存在 着争议，但是不可否认的是在NEC公司发明 的电镜的协助之下，科学家首次观测到了 一维碳纳米管的“风采”。
1、发现之路
“富勒烯和碳纳米管”的发现可以说是“意外之美”，然 而“石墨烯”的发现却很曲折。
科学家经过热力学计算得出二维碳晶体热力学不稳定，无 法稳定存在，但是科学家却从未放弃对其探索的努力。
完美的二维晶体结构 无法在
非绝对零度稳定存在
1、发现之路
实验物理学家及材料学家与理论物理学家不同, 他们不喜欢被理论所束缚。
美国德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的罗德尼·鲁夫 (Rodney Rouff,当时在华盛顿大学)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,但很可惜他当时并没有对产物的厚度 做进一步的测量。
沃尔特德伊尔在2010年11月17日给诺贝尔奖
1、发现之路
“二维结构”从想象到现实
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，其厚 度为0.335nm，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。电子显微 镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.142nm。
1、发现之路
Mather of all graphitic forms
C60
石墨烯介绍
目录
1、发现之路 2、特性简介 3、制备方法 4、表征方法 5、应用前景
1、发现之路
在过去的不到三十年的时间里，从零维的 富勒烯，一维的碳纳米管，到二维的石墨 烯不断被发现，新型碳材料不断吸引着世 界的目光。
1、发现之路
富勒烯在发现之前已经有很多科学家预测到球形 碳结构的存在，但是富勒烯却和很多科学家擦肩 而过。直到二十世纪八十年代科学家在模拟星际 尘埃的实验中意外发现了完美对称的球形分子— C60。
1984年，谢米诺夫(G.987年,穆拉斯(S. Mouras)才首次使用“graphene”这个名称来指代单层石墨片(石 墨烯)。
1、发现之路
在进行理论计算时,石墨烯一直是石墨以及后来出现的碳纳米管 的基本结构单元。但传统理论认为,石墨烯也只能是一个理论上 的结构,不会实际存在。
直至2004年，Geim教授带领其课题组运用机械剥离法成 功制备石墨烯，推翻了“完美二维晶体结构无法在非绝对 零度下稳定存在”的这一论断。
1、发现之路
“富勒烯和碳纳米管”的发现可以说是“意外之美”，然而“ 石墨烯”的发现却很曲折。从理论上对石墨烯的预言到实验上 的成功制备，经历了近60年的时间。
1947年，菲利普华莱士(Philip Wallace)就开始研究石墨烯的电子结构。 1956年，麦克鲁(J. W. McClure)推导了相应的波函数方程。 1960年，林纳斯·鲍林(Linus Pauling,诺贝尔化学奖、和平奖双料得主)曾质疑过石 墨烯的导电性。
1、发现之路
诺沃肖罗夫、盖姆教授的 First paper about graphene
1、发现之路
撕胶带法
Graphene films. (A) Photograph of a multilayer graphene flake with thickness ~3 nm on top of an oxidized Si wafer. (B) AFM image of 2 m by 2 m area of this flake near its edge (C) AFM image of single-layer grapheme. (D)SEM image of one of our experimental devices prepared from FLG. (E)Schematic view of the device in (D).
早在1934年,朗道(L.D. Landau)和佩尔 斯(R. E. Peierls)就指出准二维晶体材料 由于其自身的热力学不稳定性,在常温 常压下会迅速分解。
1966年,大卫·莫明(David Mermin)和 赫伯特·瓦格纳(Herbert Wagner)提出 Mermin-Wagner理论,指出表面起伏会 破坏二维晶体的长程有序。
美国哥仑比亚大学(Columbia University)的菲利普·金(Philip Kim)也利用石 墨制作了一个“纳米铅笔”,在一个表面上划写,并得到了石墨薄片,层数最 低可达10层。
可以说,他们离石墨烯的发现仅一步之遥,诺贝尔奖的史册有极大可能会因他 们的进一步工作而改写。命运之神最终没有眷顾他们,而是指向了大洋彼岸 的英国曼彻斯特大学的两位俄裔科学家。
Carbon Graphite nanotube
石墨烯可看作是其他维数碳质材料的基本构建模块，它可以被包成
零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或堆叠成三维的石墨。
A.K. Geim & K.S. Novoselov, The rise of graphene, Nat. Mater. 6, 183-191 (2007).