石墨烯的制备方法 ppt课件
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石墨烯精品PPT课件
富勒烯，1996诺贝尔化学奖
• C元素的同素异形体 石墨（Graphite）——
层状结构，每一层中的碳按六方 环状排列，上下相邻层通过平行 网面方向相互位移后再叠置形成 层状结构，位移的方位和距离不 同就导致不同的多型结构。
金刚石（Diamond）—— 四面体结构，四个碳原子占 据四面体的顶点。
石墨烯的基本知识
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。石墨烯的 发现推翻了所谓“热力学涨 落不允许二维晶体在有限温 度下自由存在”的原有认知， 震撼了整个物理界。
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A. K. Geim和K. S. Novoselov，以表彰他们在石 墨烯材料方面的卓越研究。
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性 石墨烯
新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
G 制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
八大预言
太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。
远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。
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。
• C元素的同素异形体 石墨（Graphite）——
层状结构，每一层中的碳按六方 环状排列，上下相邻层通过平行 网面方向相互位移后再叠置形成 层状结构，位移的方位和距离不 同就导致不同的多型结构。
金刚石（Diamond）—— 四面体结构，四个碳原子占 据四面体的顶点。
石墨烯的基本知识
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。石墨烯的 发现推翻了所谓“热力学涨 落不允许二维晶体在有限温 度下自由存在”的原有认知， 震撼了整个物理界。
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A. K. Geim和K. S. Novoselov，以表彰他们在石 墨烯材料方面的卓越研究。
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性 石墨烯
新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
G 制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
八大预言
太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。
远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。
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。
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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石墨烯的制备方法PPT课件
氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团， 能溶于水及某些有机溶剂中。
中国科技论文在线，2011年第六卷第三期，187-190第14页/共1源自页5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底
单层石墨烯
富勒烯
碳纳米管
石墨
第3页/共19页
Nature Materials, 2007,6:183-191
3.神奇特性
第4页/共19页
二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法 5.过渡族金属衬底CVD法
第5页/共19页
1.微机械剥离法
微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨 烯。
硫酸和过氧化氢清洗
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Communications, 2010, 150: 809-811
第12页/共19页
第13页/共19页
4. 氧化石墨还原法
第17页/共19页
The end, thanks!
第18页/共19页
感谢您的观看！
第19页/共19页
化学气相沉积法 • 不足：成本较高，工艺复杂
中国科技论文在线，2011年第六卷第三期，187-190第14页/共1源自页5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底
单层石墨烯
富勒烯
碳纳米管
石墨
第3页/共19页
Nature Materials, 2007,6:183-191
3.神奇特性
第4页/共19页
二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法 5.过渡族金属衬底CVD法
第5页/共19页
1.微机械剥离法
微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨 烯。
硫酸和过氧化氢清洗
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Communications, 2010, 150: 809-811
第12页/共19页
第13页/共19页
4. 氧化石墨还原法
第17页/共19页
The end, thanks!
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化学气相沉积法 • 不足：成本较高，工艺复杂
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-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
第7页/共111页
石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
第8页/共111页
石墨烯能带结构
第9页/共111页
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
第10页/共111页
（2）原子力显微镜表征
石墨烯的组成与结构
第1页/共111页
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。
第25页/共111页
石墨烯的优异特性
第27页/共111页
• 分数量子霍尔效应和异常量子霍尔效应
第28页/共111页
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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• 不足：成本较高，工艺复杂
ppt课件
17
三、结语与展望
石墨烯的相关研究已逐步深入，形成了制备方法、性 质与应用三大方向的分类探索，并在软性电子学、电极 材料、传感器、生物兼容等方面取得较大的进展，但仍 无法实现其大面积、高质量的工业化生产。因此，关于 石墨烯的可控制备、石墨烯结构和物性的调控以及石墨 烯材料的应用研究等仍然是未来的研究热点。
ppt课件 Nature materials ,2008,7:406-411 8
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
ppt课件
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3.外延生长法
外延生长法是在单晶体表面外延生长石墨层，然后通过化学刻 蚀将石墨层从基片剥离。常见有两种方法，一种为SiC表面分解， 一种为分子束沉积。
2010年，他们因发现了 石墨烯而被授予科学界最高 荣誉诺贝尔物理学奖！
ppt课件 Science, 2004, 306:666-669 3
2.结构
石墨烯是石墨的单原子层结构，是由sp2杂化的碳ห้องสมุดไป่ตู้子 构成正六边形网格、蜂窝状二维结构，又一种碳的同素异 形体，是构建其它维数碳材料的基本单元。
单层石墨烯
Nanotechnology, 2008, 19: 455601
手工将p高pt课取件 向性高温热解石墨(HOPG) 7 逐层剥离
2. 取向附生法
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯， 首先让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850 ℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的 单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可 长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生 长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后 就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯 薄片表现令人满意。
Nature, Letters, 2009, 457:706-710 pCpth课e件m. Mater. , 2011, 23 , 3362–3370 16
氧化石墨还原法 • 优点：成本较低、高效、环保，并且能够大规模工业化生产 • 不足：容易导致一些物理、化学性能的损失
• 优点：可制备出面积较大的石墨烯 化学气相沉积法
ppt课件
18
The end, thanks!
ppt课件
19
中国科技论ppt文课件在线，2011年第六卷第三期，1871-5190
5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底 剥离和衬底转移。
石墨烯的制备方法
ppt课件
1
目录
一、石墨烯材料的简介 二、 石墨烯的制备
三、结语与展望
ppt课件
2
一、石墨烯材料的简介
1.发现
石墨烯（Graphene） 是2004年由英国曼彻斯特 大学康斯坦丁﹒诺沃肖洛 夫(Kostya Novoselov)和安 德烈﹒海姆(Andre Geim)发 现的，他们使用的是一种 被称为机械微应力技术 (micromechanical cleavage) 的简单方法。
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Cpopmt课m件unications, 2010, 150: 809-811 13
ppt课件
14
4. 氧化石墨还原法
氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团， 能溶于水及某些有机溶剂中。
（1）SiC表面分解法
SiC外延生长石墨烯的机制：
在高温下，SiC表面Si升华，于是残留的碳原子聚集形 成弯曲的石墨烯层，而生长的石墨烯常因SiC表面的缺陷 而受阻，在其它区域也发生同样的过程，最终在SiC表面 形成连续、尺寸与绝缘基片相当的石墨烯层。
ppt课件 Physica E, 2010, 42: 691-69410
ppt课件
石 墨 烯 在 SiC 上 的 生 长 过 程 图
11
HRTEM下SiC基底上初步生 长的石墨烯图，其中黑色环 形中是生成的石墨烯层
ppt课件
12
（2）分子束外延法
具体流程：
5 mm×40 mm的Si基片上生长 一层约300 nm的SiO2
沉积5 nm的Ti及300 nmNi
硫酸和过氧化氢清洗
富勒烯
碳纳米管 ppt课石件 墨
Nature Materials, 2007,6:183-191 4
3.神奇特性
ppt课件
5
二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法
5.过渡族金属衬底CVD法
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1.微机械剥离法
微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨 烯。
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三、结语与展望
石墨烯的相关研究已逐步深入，形成了制备方法、性 质与应用三大方向的分类探索，并在软性电子学、电极 材料、传感器、生物兼容等方面取得较大的进展，但仍 无法实现其大面积、高质量的工业化生产。因此，关于 石墨烯的可控制备、石墨烯结构和物性的调控以及石墨 烯材料的应用研究等仍然是未来的研究热点。
ppt课件 Nature materials ,2008,7:406-411 8
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
ppt课件
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3.外延生长法
外延生长法是在单晶体表面外延生长石墨层，然后通过化学刻 蚀将石墨层从基片剥离。常见有两种方法，一种为SiC表面分解， 一种为分子束沉积。
2010年，他们因发现了 石墨烯而被授予科学界最高 荣誉诺贝尔物理学奖！
ppt课件 Science, 2004, 306:666-669 3
2.结构
石墨烯是石墨的单原子层结构，是由sp2杂化的碳ห้องสมุดไป่ตู้子 构成正六边形网格、蜂窝状二维结构，又一种碳的同素异 形体，是构建其它维数碳材料的基本单元。
单层石墨烯
Nanotechnology, 2008, 19: 455601
手工将p高pt课取件 向性高温热解石墨(HOPG) 7 逐层剥离
2. 取向附生法
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯， 首先让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850 ℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的 单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可 长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80%后，第二层开始生 长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后 就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯 薄片表现令人满意。
Nature, Letters, 2009, 457:706-710 pCpth课e件m. Mater. , 2011, 23 , 3362–3370 16
氧化石墨还原法 • 优点：成本较低、高效、环保，并且能够大规模工业化生产 • 不足：容易导致一些物理、化学性能的损失
• 优点：可制备出面积较大的石墨烯 化学气相沉积法
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The end, thanks!
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中国科技论ppt文课件在线，2011年第六卷第三期，1871-5190
5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底 剥离和衬底转移。
石墨烯的制备方法
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目录
一、石墨烯材料的简介 二、 石墨烯的制备
三、结语与展望
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一、石墨烯材料的简介
1.发现
石墨烯（Graphene） 是2004年由英国曼彻斯特 大学康斯坦丁﹒诺沃肖洛 夫(Kostya Novoselov)和安 德烈﹒海姆(Andre Geim)发 现的，他们使用的是一种 被称为机械微应力技术 (micromechanical cleavage) 的简单方法。
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Cpopmt课m件unications, 2010, 150: 809-811 13
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4. 氧化石墨还原法
氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团， 能溶于水及某些有机溶剂中。
（1）SiC表面分解法
SiC外延生长石墨烯的机制：
在高温下，SiC表面Si升华，于是残留的碳原子聚集形 成弯曲的石墨烯层，而生长的石墨烯常因SiC表面的缺陷 而受阻，在其它区域也发生同样的过程，最终在SiC表面 形成连续、尺寸与绝缘基片相当的石墨烯层。
ppt课件 Physica E, 2010, 42: 691-69410
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石 墨 烯 在 SiC 上 的 生 长 过 程 图
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HRTEM下SiC基底上初步生 长的石墨烯图，其中黑色环 形中是生成的石墨烯层
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（2）分子束外延法
具体流程：
5 mm×40 mm的Si基片上生长 一层约300 nm的SiO2
沉积5 nm的Ti及300 nmNi
硫酸和过氧化氢清洗
富勒烯
碳纳米管 ppt课石件 墨
Nature Materials, 2007,6:183-191 4
3.神奇特性
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二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法
5.过渡族金属衬底CVD法
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1.微机械剥离法
微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨 烯。