【课件】石墨烯复合材料ppt
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石墨烯增强镁基复合材料PPT课件
/AZ91复合材料）
采用相同的工艺制备 AZ91镁合金、GNZ /AZ91复合粉及复合
材料
12
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一、性能测试结果
由表看出， MGO (氧化石墨烯)/AZ91复合材料的屈服强度、抗拉强度、 伸长率和显微硬度最大，分别为224.85MPa ， 268.89MPa ， 伸长率 8.15%、显微硬度70.14，比不添加石墨烯的AZ91镁合金的分 别 提 高 了 39.7％ ， 21.6％ ， 35.4％ ， 31.8％，与GNS（石墨烯纳米片） /AZ91复合材料（添加石墨烯纳米片的AZ91镁合金）相比，其性能也 是比较优越。
14
第14页/共20页
• AZ91 镁合金及其复合材料的拉伸断口形貌和 EDS 谱
15
第15页/共20页
结论：氧化石墨烯增强 AZ91 镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分 别为 224.85 MPa ，8.15%和70.14HV ，比 AZ91镁合金基体的分别提高了 39.7% ， 35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、 伸长率和显微硬度分别为191.86 MPa ， 6.72％和60.42HV ，比基体的仅提高 了 18.7％ ， 9.9％ 和 13.5％ ；氧化石墨烯上的含氧官能团与镁合金基体发生 界面反应生成了MgO，有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度。 通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉 强度，伸长率以及硬度上都是最好的。
6
第6页/共20页
• 镁基复合材料研究现状概要
青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO 涂覆 Mg2B2O5 晶须增强镁 基复合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO 涂覆可以改善界面处的结合强 度，材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了 37.6%和 35.7%。 李坤等也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的 SiO2 涂层，进 而制备得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限 拉伸强度值只有 527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的 SiO2 涂层可 明显促进液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出 了块体石墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性 能强化明显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达 66kg/mm2，比相同工艺条件 下纯镁的性能提升了78%。
采用相同的工艺制备 AZ91镁合金、GNZ /AZ91复合粉及复合
材料
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一、性能测试结果
由表看出， MGO (氧化石墨烯)/AZ91复合材料的屈服强度、抗拉强度、 伸长率和显微硬度最大，分别为224.85MPa ， 268.89MPa ， 伸长率 8.15%、显微硬度70.14，比不添加石墨烯的AZ91镁合金的分 别 提 高 了 39.7％ ， 21.6％ ， 35.4％ ， 31.8％，与GNS（石墨烯纳米片） /AZ91复合材料（添加石墨烯纳米片的AZ91镁合金）相比，其性能也 是比较优越。
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• AZ91 镁合金及其复合材料的拉伸断口形貌和 EDS 谱
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结论：氧化石墨烯增强 AZ91 镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分 别为 224.85 MPa ，8.15%和70.14HV ，比 AZ91镁合金基体的分别提高了 39.7% ， 35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、 伸长率和显微硬度分别为191.86 MPa ， 6.72％和60.42HV ，比基体的仅提高 了 18.7％ ， 9.9％ 和 13.5％ ；氧化石墨烯上的含氧官能团与镁合金基体发生 界面反应生成了MgO，有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度。 通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉 强度，伸长率以及硬度上都是最好的。
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• 镁基复合材料研究现状概要
青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO 涂覆 Mg2B2O5 晶须增强镁 基复合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO 涂覆可以改善界面处的结合强 度，材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了 37.6%和 35.7%。 李坤等也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的 SiO2 涂层，进 而制备得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限 拉伸强度值只有 527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的 SiO2 涂层可 明显促进液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出 了块体石墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性 能强化明显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达 66kg/mm2，比相同工艺条件 下纯镁的性能提升了78%。
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
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
石墨烯结构图 ppt课件
铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望
在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，
电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导
体，例如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，2013年一般的电脑芯片以这 种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同， 它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻 常的优良特性。
ppt课件
11
石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
ppt课件
9
石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，
电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导
体，例如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，2013年一般的电脑芯片以这 种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同， 它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻 常的优良特性。
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石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
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石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
石墨烯纳米材料PPT课件
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三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
第13页/共20页
石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱
由图，G峰是石墨烯的主要特征峰， 由sp2碳原子的面内振动引起的，出 现在1580cm-1附近，该峰能有效反 映石墨烯的层数；D峰被认为是石 墨烯的无序振动峰，它是由于晶格 振动离开布里渊区中心引起的，用 于表征石墨烯样品中的结构缺陷或 边缘；G’峰是双声子共振二阶拉曼 峰，用于表征石墨烯样品中碳原子 的层间堆垛方式。
第17页/共20页
石墨烯五大应用领域
•
1.光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、
可穿戴设备、OLED（有机电激光显示）、太阳能等领域中发挥作用。这也是目前来自认最可能首先实现商品化的领域。
•
2.能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常
好的导电性。采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍
END
第19页/共20页
感谢您的观看！
第20页/共20页
物理法：
微机械剥离法、取向附生法 、液相和气相直接剥离法、碳纳米管剪切法。
化学法：
化学氧化还原法、化学气相沉积法、化学溶液直接剥离法、SiC高温分
解法、PMMA碳化法、有机合成法。
第10页/共20页
1、机械剥离法：
• 机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械 力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥 离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术
第1页/共20页
碳的同素异形体： 零维（石墨稀量子点（GQDs），富勒烯） 一维（碳纳米管，石墨稀纳米带） 二维（石墨稀） 三维（石墨，金刚石）
三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
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石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱
由图，G峰是石墨烯的主要特征峰， 由sp2碳原子的面内振动引起的，出 现在1580cm-1附近，该峰能有效反 映石墨烯的层数；D峰被认为是石 墨烯的无序振动峰，它是由于晶格 振动离开布里渊区中心引起的，用 于表征石墨烯样品中的结构缺陷或 边缘；G’峰是双声子共振二阶拉曼 峰，用于表征石墨烯样品中碳原子 的层间堆垛方式。
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石墨烯五大应用领域
•
1.光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、
可穿戴设备、OLED（有机电激光显示）、太阳能等领域中发挥作用。这也是目前来自认最可能首先实现商品化的领域。
•
2.能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常
好的导电性。采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍
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物理法：
微机械剥离法、取向附生法 、液相和气相直接剥离法、碳纳米管剪切法。
化学法：
化学氧化还原法、化学气相沉积法、化学溶液直接剥离法、SiC高温分
解法、PMMA碳化法、有机合成法。
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1、机械剥离法：
• 机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械 力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥 离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术
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碳的同素异形体： 零维（石墨稀量子点（GQDs），富勒烯） 一维（碳纳米管，石墨稀纳米带） 二维（石墨稀） 三维（石墨，金刚石）
石墨烯-PPT
双层石墨烯可降低元器件电噪声
美国IBM公司T·J·沃森研究中心 的科学家，最近攻克了在利用石墨 构建纳米电路方面最令人困扰的难 题，即通过将两层石墨烯片叠加， 可以将元器件的电噪声降低10倍， 由此可以大幅改善晶体管的性能， 这将有助于制造出比硅晶体管速度 快、体积小、能耗低的石墨烯晶体 管。ຫໍສະໝຸດ 石墨烯可作为宇宙学研究的平台
四、石墨烯的应用
氧化石墨烯
Dikin等制成了无支撑氧化石墨烯纸状 材料。氧化石墨烯片是以一种接近平行 的方式相互连接或瓦片式连接在一起形 成的，拉伸试验表明氧化石墨烯纸具有 较高的拉伸模量和断裂强度，其平均模 量为32 GPa，性能与用类似方法制备的 碳纳米管布基纸相当。
微电子领域
微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人 员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生 产未来的超级计算机。 曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制 作出晶体管。从一小片石墨烯片层开始，采用 电子束曝光在材料上刻出沟道。在被称为中央 岛的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点。 电压可以改变这些量子点的电导率，这样就可 以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态。可在 26GHz频率下运作可望使该种材料超越硅的极限， 达到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)领 域。
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 „„„„„„
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。
石墨烯的结构与应用 ppt课件
4
• 石墨烯的定义 • 石墨烯的结构 • 石墨烯的发现 • 石墨烯的性能 • 石墨烯的应用
5
6
石墨烯材料的定义
石墨烯（Graphene）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，厚度 只有0.335纳米,仅为头发 的20万分之一，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，具有极好的结 晶性、力学性能和电学 质量。
• 石墨烯的力学性能 墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧
性，且可以弯曲。
13
• 柔性显示屏
石墨烯的应用
14
• 防锈
石墨烯不溶于水并且具有高导电性，与钢组合可以防止接触水并减缓氧化铁的 电化学反应。
15
纳米材料之石墨烯?石墨烯的定义?石墨烯的结构?石墨烯的发现?石墨烯的性能?石墨烯的应用石墨烯材料的定义石墨烯graphene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厚度只有0335纳米仅为头发的20万分之一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具有极好的结晶性力学性能和电学质量
石墨烯的结构与应用
纳米材料之石墨烯
2
3
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
7Leabharlann 石墨烯的结构石墨烯（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
• 石墨烯的定义 • 石墨烯的结构 • 石墨烯的发现 • 石墨烯的性能 • 石墨烯的应用
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石墨烯材料的定义
石墨烯（Graphene）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，厚度 只有0.335纳米,仅为头发 的20万分之一，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，具有极好的结 晶性、力学性能和电学 质量。
• 石墨烯的力学性能 墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧
性，且可以弯曲。
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• 柔性显示屏
石墨烯的应用
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• 防锈
石墨烯不溶于水并且具有高导电性，与钢组合可以防止接触水并减缓氧化铁的 电化学反应。
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纳米材料之石墨烯?石墨烯的定义?石墨烯的结构?石墨烯的发现?石墨烯的性能?石墨烯的应用石墨烯材料的定义石墨烯graphene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厚度只有0335纳米仅为头发的20万分之一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具有极好的结晶性力学性能和电学质量
石墨烯的结构与应用
纳米材料之石墨烯
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
7Leabharlann 石墨烯的结构石墨烯（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
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•外延生长法
石墨烯结构图 ppt课件
• 墨烯的这一特性来解决锂电池的容量提升遇到的技术瓶颈问题。 • （共5分，结合文章2分，结合材料2分，语言通顺1分）
石墨烯结构图
石墨烯结构图
石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电
导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
石墨烯结构图
石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
石墨烯结构图
元年到来
中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特 瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家 上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议，并 分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作 协议，为“石墨烯全球并购，中国整合”战略打 响了第一枪。此外，2015年3月初全球首批3万部 量产石墨烯手机在重庆发布，开启了石墨烯产业 化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料 规划已经基本落定，预计2015年将成为中国石墨 烯产业爆发元年
石墨烯结构图
石墨烯结构图
石墨烯——改变世界的神奇新材料
• 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学
家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电
导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
石墨烯结构图
石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
石墨烯结构图
元年到来
中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特 瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家 上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议，并 分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作 协议，为“石墨烯全球并购，中国整合”战略打 响了第一枪。此外，2015年3月初全球首批3万部 量产石墨烯手机在重庆发布，开启了石墨烯产业 化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料 规划已经基本落定，预计2015年将成为中国石墨 烯产业爆发元年
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超声分散
• 超声使液体产生气泡，连续不断的气泡爆炸产 生的高压冲击GO使之剥离。
表面自带的亲水性基 团使得GO具有亲水性。 而亲水性不能使有机 溶剂渗入GO片层之间 的空隙，如要分散， 必须要表面改性。
亲水性 亲油性
氧化石墨烯的化学还原
氧化石墨烯还 原与否的矛盾
不还原导电 能力差
矛盾调和方法： 利用两性水溶性聚合物——聚对 苯乙烯磺酸钠（PSS）存在的情况 下，还原出稳定的石墨烯纳米片层
热膨胀或超 声分散
表面改性
还原反应
纳米级分散 石墨烯
GO的制备与结构 利用强质子酸处理原始石墨，然后加入强氧化
剂氧化。
结构为准二维层状结构，层间包含羟基和羧基 等活性基团。
氧化石墨烯片与表面改性
热解膨胀
• 对GO热处理，使片层表面环氧基和羟基分解 产生二氧化碳和水蒸气，当压力超过范德华力 而剥离。
• 加热SiC法 • 加热单晶SiC脱除Si，在单晶 （0001）面上分解出石墨烯片层
• 热膨胀法 • 微波加热厚度30um的石墨鳞片得 到纳米石墨片
• 化学法 • 合成六苯并蔻(HBC) ,然后在FeCl3 或Cu (OTf) 2-AlCl3 作用下环化 脱氢得到较大平面的石墨烯
石墨烯复合思路
GO(Graphite Oxide)
新型增强体——石墨烯
“氧化石墨烯及其与聚合物的复合”
庞钧文 12210300012
石墨烯与诺贝尔奖
时间：2004年 地点：英国Manchester大学 研究员：康斯坦丁·诺沃肖洛夫（左）；安德
石墨烯的结构
完美的石墨烯是二维的，由六角元胞构成。 是碳纳米管和富勒烯的基本单元
的水相分散液。 右图是天然石墨，GO以及还原后 的GO的导电性能。
还原导致不 可逆凝聚
氧化石墨烯复合材料
常用聚合物基体：聚苯乙烯，聚苯胺等。
直接插层法
利用溶剂的作用或通过机械剪切等物理作用将聚 合物分子插入具有片层结构的GO，形成纳米聚合 材料。
聚合插层法
预混合后加入引发剂引发聚合，热处理得到复合 材料。
优良的增强体
极强的力学性能：拉伸模量 1.01TPa，极限强度116GPa
2 1
优良的导电性，室 温下载流子迁移率 是硅的100倍
极薄极轻，厚 度为0.34nm， 比表面积为 2630m2/g
石墨烯的 优点
3
4
导热率为3000-
5000W/mK，与碳纳
米管相当Leabharlann 制备方法： • 机械剥离法
• 通过机械力从石墨晶体表面剥离石 墨烯片层
Thanks!
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