石墨烯性能简介

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石墨烯材料的性质和应用

石墨烯材料的性质和应用随着科学技术的不断进步和人类对于未知世界的探索，石墨烯材料作为新型纳米材料，越来越受到人们的重视。

石墨烯材料具有独特的结构和性质，具有广泛的应用前景。

本文将从石墨烯的结构、性质及应用三个方面着眼，介绍石墨烯材料的性质和应用。

一、石墨烯的结构石墨烯材料的基本结构是由一个碳原子单层构成。

这些碳原子排列成六边形晶格，形成一个平面的结构，可以看作是石墨单层。

因此，石墨烯材料也可以被称为石墨单晶片。

石墨烯材料的晶格结构非常特殊，具有较高的表面积和光电性能。

同时，在石墨烯材料的晶格中，每个碳原子都与它周围的三个碳原子形成“三角形”结构，也称为“sp2杂化”。

二、石墨烯的性质1.力学性质石墨烯材料具有很高的强度和硬度，同时也具有弹性和柔韧性。

石墨烯单层的强度比钢还要高200倍，而且非常轻，密度只有钢的1/6。

这使得石墨烯材料具有很高的应用价值。

2.电学性质石墨烯材料具有很高的导电率和电子迁移率，是目前已知的导电材料中最好的之一。

石墨烯材料的电子运动速度可达到约1/300光速，这就使得其可以在电子器件中应用。

同时，石墨烯材料的电子迁移率非常高，可以达到15,000cm²/V·s，远高于硅材料。

3.热学性质石墨烯材料具有很高的热导率，是目前已知的热导率最高的固体之一。

石墨烯材料的热导率达到了5300W/(mK)，也就是说，我们的石墨烯材料可以在高温、高压情况下始终保持稳定的性能，而不会因温度过高而熔化变形。

三、石墨烯的应用1.电子材料领域作为新型纳米材料，石墨烯材料在电子领域拥有广泛的应用前景。

首先，石墨烯材料的高导电性和高迁移率使其成为极佳的导电材料，可以用于制造集成电路和晶体管等器件。

其次，石墨烯材料的高透明度和柔韧性，可以用于制造柔性显示器等设备。

此外，在太阳能材料领域，石墨烯材料的高光电转换效率也具有重要的应用价值。

2.能源材料领域石墨烯材料在能源材料领域也具有广泛的应用前景。

石墨烯的性质及应用

石墨烯的性质及应用石墨烯是一种由碳原子通过共价键结合形成的二维晶体结构，具有一系列独特的性质和应用潜力。

以下将详细介绍石墨烯的性质和应用。

性质：1. 单层结构：石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，在垂直方向上只有一个原子层，具有单层的特点。

2. 高强度：尽管石墨烯只有一个碳原子层，但其强度非常高。

石墨烯的破断强度远远超过钢铁，是已知最强硬的材料之一。

3. 高导电性：石墨烯的碳原子呈现出类似于蜂窝状的排列方式，使得电子能够在其表面自由传导。

石墨烯的电子迁移率是晶体硅的200倍以上，使得其具有非常高的导电性能。

4. 高热导性：由于石墨烯中的碳原子排列紧密，热量传递效率非常高。

石墨烯的热导率超过铜的13000倍，是已知最高的热导材料之一。

5. 弹性：石墨烯具有非常强的弹性，在拉伸过程中可以扩展到原始长度的20%以上，然后恢复到原始形状。

这种弹性使得石墨烯在柔性电子学和拉伸传感器等领域具有广泛应用。

应用：1. 电子器件：石墨烯的高导电性和高迁移率使其成为制造高速电子器件的理想材料。

石墨烯可以作为传统半导体材料的替代品，用于制造更小、更快的电子元件，如晶体管、电容器和电路等。

2. 透明导电膜：石墨烯具有优异的透明导电性能，可以制备成透明导电膜，用于制造触摸屏、显示器和太阳能电池等设备。

相比于传统的氧化铟锡(ITO)薄膜，石墨烯具有更好的柔性和耐久性。

3. 电池材料：石墨烯可以用作锂离子电池的电极材料，具有高电导性和高比表面积的优势。

石墨烯电极可以提高电池的充放电速度和储能密度，有望在电动汽车和可再生能源储存等领域得到应用。

4. 传感器：石墨烯具有优异的电子迁移率和极高的比表面积，使其成为制造高灵敏传感器的理想材料。

石墨烯传感器可以用于检测气体、压力、湿度和生物分子等，具有快速响应和高灵敏度的特点。

5. 柔性电子学：石墨烯的高强度和高弹性使其成为柔性电子学的重要组成部分。

石墨烯可以制备成柔性电路、柔性显示屏和柔性传感器等，有望应用于可穿戴设备、智能医疗和可卷曲设备等领域。

石墨烯的介绍

sp2 杂化碳质材料的基本组成单元
4. 石墨烯与其他碳元素的区别???
? 在近 2O 年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊的片层结构一直
以来是研究的一个热点。石墨本体并非是真正意义的二维材料，单层石墨碳原子层(Graphene)才是准二维结构的碳材料。石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成，而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。
2. 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·诺沃塞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。
13. 取向附生法—晶膜生长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 1 1 5
0 ℃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 8 0 %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。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。另外 Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。

石墨烯性能简介

第一章石墨烯性能及相关概念1 石墨烯概念石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。

石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。

但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。

单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。

完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102 m2 /g。

石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m•K))和力学性能(1.06×103 GPa)。

此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。

石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。

石墨烯结构图2 石墨烯结构石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。

石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm。

每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。

垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。

石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。

形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。

在单层石墨烯中，每个碳原子通过sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。

单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。

石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。

受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。

石墨烯技术的应用及前景展望

石墨烯技术的应用及前景展望一、石墨烯简介石墨烯是一种单层厚度为纳米级的碳材料，具有极高的导电性、热导率、机械强度和超轻质量等优异性能。

其结构由一层层的强共价键连接而成的六角形碳原子组成，具有较强的化学稳定性和生物相容性。

自2004年石墨烯首次被制备出来以来，其受到了广泛的研究和关注，由此产生了许多的石墨烯应用技术。

二、石墨烯技术的应用领域1. 电子行业石墨烯作为半导体材料，能够极大地提高电子器件的性能和加工效率。

石墨烯晶体管、石墨烯场效应晶体管、石墨烯超快速电路等将成为未来电子技术的核心组成部分。

2. 光电行业石墨烯具有优异的光电性能，能够制备出高效率的光伏电池、高性能的光电传感器、高亮度、高稳定性的LED灯等，在光电行业具有广阔的应用前景。

3. 材料行业石墨烯具有很高的强度、硬度和韧性，可以被制备成各种复合材料，被广泛应用于建筑、汽车工业等领域。

4. 生物医学石墨烯具有极好的生物相容性和生物稳定性，可以用于生物医学材料的制备和医疗器械的研发。

石墨烯的超薄结构和强烈的光电响应性质可以用于制造生物传感器和绿色荧光剂，并在生物光子学中提供全新的解决方案。

三、石墨烯技术的前景石墨烯技术的广泛应用，将深刻地影响人类现代科技的发展方向。

由于石墨烯具有非常高效的导电性和热导率，可以用于新型节能材料、新型锂电池、高效率的热电材料等。

除此之外，石墨烯还可以被制备成高效的催化剂和光催化剂，能够用于环保、化学工业等众多领域。

石墨烯技术将帮助解决许多现代科技所面临的挑战，具有巨大的市场潜力和发展前景。

与此同时，围绕着石墨烯技术的研究也在不断地推进。

人们正在努力探索其应用范围，开发新的石墨烯制备方法和技术。

石墨烯的可控性、可扩展性以及生产成本的降低也成为了研究重点，这将更有利于石墨烯技术的推广和工业化应用。

总之，石墨烯技术将会在未来的科技发展道路中发挥越来越重要的作用。

石墨烯具有不同于其他材料的独特优异性能，其应用领域将逐渐拓展，未来还将会有更多的惊人应用被发掘出来。

人类目前最强功能材料-石墨烯

实验证明
从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现刊登于近期的《科学》杂志，作者是两位哥伦比亚大学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。
Changgu Lee, et al. Graphene Measurement of th Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Science 321, 385 (2008);
三、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。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，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。
三、石墨烯特性：电子运输在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导 =2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。

石墨烯的力学性能与弹性模量

石墨烯的力学性能与弹性模量石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体，具有独特的力学性能和弹性模量。

在这篇文章中，我们将探讨石墨烯的力学性能以及它的弹性模量。

1. 石墨烯的力学性能石墨烯的力学性能是指它在受力作用下的表现和响应。

由于石墨烯是一种二维晶体，具有很高的结晶度和较长的晶体间距，使得它具有出色的力学性能。

首先，石墨烯具有极高的拉伸强度。

实验证明，石墨烯的拉伸强度可以达到130 GPa以上，远超过钢铁的强度。

这意味着石墨烯在受到拉伸力时，能够承受非常大的应力而不发生断裂。

其次，石墨烯具有很高的弯曲强度。

当施加弯曲力时，石墨烯仍然能够保持稳定的结构并继续承载力量。

这种弯曲强度使得石墨烯在纳米器件和柔性电子领域具有广泛的应用前景。

此外，石墨烯还具有优异的刚度和硬度。

刚度是指材料在受力后的变形程度，硬度则是指材料抵抗压力的能力。

石墨烯的刚度和硬度都非常高，能够抵抗外部的变形和压力，保持其结构的完整性。

2. 石墨烯的弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力。

对于石墨烯而言，由于其特殊的结构和化学键，它的弹性模量非常高。

石墨烯的弹性模量可以通过实验测得。

通过拉伸或压缩等操作，可以得到石墨烯在不同应力条件下的应变情况。

通过绘制应力-应变曲线，并分析其线性部分的斜率，就可以得到石墨烯的弹性模量。

实验证明，石墨烯的弹性模量可以达到1 TPa（万亿帕斯卡），远远高于其他材料如钢铁和硅。

这种高弹性模量使得石墨烯在微纳电子领域具有重要的应用价值，例如作为传感器和晶体管的材料。

3. 石墨烯的局限性虽然石墨烯具有卓越的力学性能和弹性模量，但它也存在一些局限性。

首先，石墨烯是一种二维材料，相对容易发生弯曲和屈曲。

这可能会对其在实际应用中的稳定性带来挑战。

因此，在设计和制备石墨烯纳米器件时，需要考虑其结构的稳定性和可控性。

其次，石墨烯的制备过程较为复杂，并且目前仍存在规模化制备的难题。

这限制了石墨烯在实际应用中的推广和商业化。

石墨烯在航空航天领域的特性及应用

石墨烯在航空航天领域的特性及应用石墨烯的特性石墨烯是由碳原子形成的单层蜂窝状结构，具有许多独特的特性，使其在航空航天领域具有重要的应用价值。

1. 超高强度：石墨烯的强度是钢的200倍以上，比同等重量的其他材料强度更高。

这使得石墨烯可以用于制造轻量化的航空航天材料，提高飞行器的载荷能力和减轻重量。

超高强度：石墨烯的强度是钢的200倍以上，比同等重量的其他材料强度更高。

这使得石墨烯可以用于制造轻量化的航空航天材料，提高飞行器的载荷能力和减轻重量。

2. 超高导热性：石墨烯的热导率非常高，比铜还要高出10倍。

这种特性使其在航天器的散热系统中具有重要的应用潜力，可以有效地散发热量，保持设备的正常运行温度。

超高导热性：石墨烯的热导率非常高，比铜还要高出10倍。

这种特性使其在航天器的散热系统中具有重要的应用潜力，可以有效地散发热量，保持设备的正常运行温度。

3. 超高电导性：石墨烯是一种理想的电导体，电流在其表面流动的速度极快。

它可以应用于航天器的电子元件、导线和电池等方面，提高设备的电子性能和工作效率。

超高电导性：石墨烯是一种理想的电导体，电流在其表面流动的速度极快。

它可以应用于航天器的电子元件、导线和电池等方面，提高设备的电子性能和工作效率。

4. 超高透明性：石墨烯是一种透明的材料，可以在可见光和红外光范围内有很高的透射率。

这使得石墨烯有望应用于航天器的窗户和光学器件中，提供更好的观察和传感性能。

超高透明性：石墨烯是一种透明的材料，可以在可见光和红外光范围内有很高的透射率。

这使得石墨烯有望应用于航天器的窗户和光学器件中，提供更好的观察和传感性能。

石墨烯在航空航天领域的应用石墨烯的独特特性使其应用于航空航天领域具有巨大的潜力。

以下是石墨烯在航空航天领域中的一些典型应用：1. 增强材料：石墨烯可以与传统的航空航天材料结合，形成复合材料，例如石墨烯增强的聚合物复合材料。

这样的复合材料具有非常高的机械强度和耐热性能，可以用于制造航天器中的结构组件，如机身、机翼和卫星外壳等。

石墨烯橡胶复合材料的性能

石墨烯橡胶复合材料的性能一、机械性能石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa，为目前最硬、强度最高的材料；此外，它还拥有超高的比表面积（约为2630m2/g），比传统石墨高100～500倍，石墨烯的径厚比约为400，比炭黑的高40～80倍，添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能，这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。

Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM 橡胶中制备出了纳米复合材料。

当GNPs填量为26.7%（体积分数）时，复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。

Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶（SR）/氧化石墨烯纳米复合材料。

结果表明：GO片能够均匀地分散在SR基体中，同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。

同时还发现，将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。

二、疲劳性能橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时，常处于周期动态负载状态，而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。

因此，为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命，改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。

Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。

累计损伤可用耗散的能量LDE（Loading path Disspated Energy）来表示，LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。

研究表明，随着GNPs填量增多，体系中GNPs总表面积增大，GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强，结果循环过程中复合材料的能量耗散增多，滞后效应更明显，损伤速率加快；且随着循环次数增多，GNPs的结构发生破坏；在经历初次十个疲劳循环后，纳米复合材料的LDE 速率增大到了临界值，此后随着循环次数增大，累积损伤速率变化很小，纳米复合材料的损伤耗散能量降低。

混凝土中掺加石墨烯的研究及应用

混凝土中掺加石墨烯的研究及应用一、石墨烯简介石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，具有高强度、高导电性、高导热性、高透明度等优异性质。

其结构稳定，表面积大，可用于制备复合材料，广泛应用于电子、光学、催化等领域。

二、混凝土中掺加石墨烯的研究背景混凝土作为建筑材料，具有重要的作用。

然而，传统混凝土存在一些缺陷，如易开裂、易受损、易老化等。

因此，石墨烯的引入可以提高混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能，提高混凝土的使用寿命和安全性。

三、混凝土中掺加石墨烯的制备方法1. 机械混合法。

将石墨烯粉末与混凝土原材料进行机械混合，制备石墨烯混凝土。

2. 化学还原法。

将氧化石墨烯与还原剂反应，制备还原石墨烯，再将还原石墨烯与混凝土原材料进行机械混合。

3. 水热法。

将石墨烯与水在高温高压下反应，形成石墨烯水悬浮液，再将石墨烯水悬浮液与混凝土原材料进行混合。

四、混凝土中掺加石墨烯的性能1. 机械性能。

石墨烯混凝土的抗压强度和抗拉强度均有所提高。

2. 耐久性能。

石墨烯混凝土的耐久性能得到了提高，如耐久性、抗渗性、抗冻融性等。

3. 抗裂性能。

石墨烯混凝土的抗裂性能得到了显著提高。

五、混凝土中掺加石墨烯的应用1. 桥梁工程。

石墨烯混凝土可以用于桥梁的主体结构和护栏等部位，提高桥梁的耐久性和安全性。

2. 隧道工程。

石墨烯混凝土可以用于隧道的支护结构，提高隧道的耐久性和抗裂性能。

3. 建筑工程。

石墨烯混凝土可以用于高层建筑的构件和外墙等部位，提高建筑的耐久性和抗裂性能。

六、混凝土中掺加石墨烯的发展前景混凝土中掺加石墨烯可以提高混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能，这在建筑工程领域具有重要的应用前景。

未来，石墨烯的生产工艺将会进一步完善，石墨烯混凝土的性能也将不断提高，为建筑工程提供更加优异的建筑材料。

石墨烯的制备、结构、性能

石墨烯及其派生物示意图
石墨烯中的各个碳原子之间的连接十分柔韧，当对其施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适力，就保持了该材料结构的稳定性。同时，这种稳定的晶格结构也使石墨烯具有优秀的导电性，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。石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。
4.2 石墨烯在储氢甲烷中的应用石墨烯在储氢/甲烷中的应用 Dimitrakakis利用石墨烯和碳纳米管设计了一个三维储利用石墨烯和碳纳米管设计了一个三维储氢模型，如果这种材料掺入锂离子，氢模型，如果这种材料掺入锂离子，其在常压下储氢能力可以达到41g/L。因此，石墨烯这种新材料的出现，为人。因此，石墨烯这种新材料的出现，可以达到们对储氢／甲烷材料的设计提供了一种新的思路和材料。们对储氢／甲烷材料的设计提供了一种新的思路和材料。
2 石墨烯的制备方法
石墨烯制备方法
机械方法
化学方法
机械方法
微机械剥离法
取向附生法
外延生长法
2.1 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Gim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。具体工艺如下：Geim等利用离子束首先在1mm厚的高定向热解石墨（HOPG）表面用氧等离子刻蚀进行离子刻蚀。在表面刻蚀出宽20 µm～2mm、深5µm的微槽，并将其用光刻胶粘到玻璃衬底上，然后用透明胶带进行反复撕揭，将多余的HOPG去除，随后将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声。再将单晶硅片放入丙酮溶剂中，将单层石墨烯“捞出”。

石墨烯百科

石墨烯百科石墨烯石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

简介石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。

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[1]。

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在[1]，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[2]。

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料[3] ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"[4]；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料[1]。

因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。

石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。

石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。

石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。

石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。

石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。

石墨烯简介

石墨烯石墨烯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，是一种“超级材料”，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。

它的导电和导热性能超过任何铜线，重量几乎为零。

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。

1 简介2 发现历史3 结构4 特性5 制备方法石墨烯石墨烯（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。

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。

石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15 000 cm2/（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。

因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。

石墨烯立基于石墨，厚度极小，300万片石墨烯堆叠在一起的厚度也不过1毫米20世纪初，X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触石墨烯了。

1918年，V. Kohlschütter和P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。

1948年，G. Ruess和F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯图像。

最初，科学家试着使用化学剥离法（chemical exfoliation method）来制造石墨烯。

石墨烯复合材料的力学性能研究

石墨烯复合材料的力学性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有出色的力学性能。

它是继金刚石和石墨之后第三种稳定的碳晶体结构，在力学强度和刚度方面表现出与钢铁相当的特性。

石墨烯的力学性能研究一直是材料科学的热点，对于开发高强度、高韧性和轻质材料具有重要意义。

石墨烯复合材料是指将石墨烯与其他材料结合形成复合材料。

石墨烯作为增韧材料被添加到复合材料中，可以显著提高材料的力学性能和承载能力。

该复合材料常被用于制备高强度、轻质结构材料和多功能材料。

研究表明，将石墨烯添加到聚合物基体中可以显著提高材料的力学性能。

首先，石墨烯的高强度和高韧性能使得复合材料具有更好的抗拉和屈服强度。

其次，石墨烯具有优异的导热性能，能够更好地分散和传导热量，从而提高材料的耐热性和稳定性。

此外，石墨烯还能改善材料的导电性能，使其更具综合功能。

然而，石墨烯复合材料的力学性能研究仍存在一些挑战。

首先，石墨烯的有效分散和定向排列是制备高性能复合材料的关键。

目前，石墨烯的分散技术已经取得了一定的进展，但仍需要进一步改进。

其次，石墨烯在复合材料中的界面相互作用对材料的性能起着重要作用。

如何实现优化的界面相互作用，仍需要深入研究。

在实际应用中，石墨烯复合材料已经显示出巨大的潜力。

例如，石墨烯增强的聚合物纤维可以用于制备高性能的防弹材料和航天器结构材料。

石墨烯复合材料在能源存储和传输领域也有广泛的应用。

石墨烯增强的锂离子电池正极材料，具有更高的能量密度和更长的循环寿命。

此外，石墨烯复合材料还可以用于制备高效的光电器件和催化剂。

总之，石墨烯复合材料的力学性能研究是一个具有挑战性和前瞻性的课题。

通过深入研究石墨烯的力学性能和界面相互作用，可以实现复合材料的优化设计和制备。

石墨烯复合材料在航空航天、汽车制造、能源领域等多个领域具有广阔的应用前景。

未来的研究应进一步探索石墨烯复合材料的力学行为、改善材料的工艺性能，并提高材料的可扩展性和可持续性。

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。

石墨烯简介

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1综述石墨烯2石墨烯的制备方法3石墨烯的特性1、石墨烯简介1、石墨烯定义石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。

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，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

2、石墨烯研究历史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。

铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

石墨烯在实验室中是在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。

他们从高定向热解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。

因此，在随后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。

在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。

所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。

虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。

石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。

二、制备方法1、撕胶带法发现石墨烯使用的方法2、机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。

石墨烯性能简介

第一章石墨烯性能及相关概念1石墨烯概念石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。

石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有排列而成的蜂窝状晶体结构。

石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm。

每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。

垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。

石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。

形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。

在单层石墨烯中，每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。

单层石墨烯厚度仅0.35nm，约为头发丝直径的二十万分之一。

100倍，在室温下可以达到15000cm2/(V·s)。

电阻率比铝、铜和银低很多，只有10～6Ω·cm左右。

二是具有超强的导热性。

石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数10倍，导热系数高达5300W/m?K。

三是具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。

四是具有超强的透光性。

石墨烯的吸光率非常小，透光率高达97.7%。

五是具有超强的比表面积。

石墨烯的比表面积每克比普通活性炭高出1130m2，达到2630m2/g。

3.1石墨烯的光学性能石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有优异的光学性能。

理论和实验结果表明，单层石墨石饱和。

这一非线性光学行为成为饱和吸收。

在近红外光谱区，在强光辐照下，由于其宽波段吸收和零带隙的特点，石墨烯会慢慢接近饱和吸收。

利用这一性质，石墨烯可用于超快速光子学，如光纤激光器等。

3.2石墨烯的电学性能石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。