石墨烯-最终版PPT课件

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氧化石墨还原法
适合大规模生产。便于 制备各种复合材料，实 现不同的功能化，适宜 在电极材料等方面使用。 所以目前的问题是如何 改进剥离技术，使得剥 离出的片层质量高而缺 陷少。
表面外延生长法
机械剥离法
氧化石墨还原法
化学气相沉积法
各方法总结
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化学气相沉积法
弥补了氧化石墨法的的 缺点，提高了石墨烯薄 膜的质量，适宜在微电 子器件等对质量要求较 高的领域使用。
此外，如何实现石墨烯带以及石墨烯宏观 体的制备,进而扩展石墨烯的性能和应用;如何 实现石墨烯在聚合物等基体上的低温生长等,也 是CVD方法的未来发展方向
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表面外延生长法 ——成本高昂
由乔治亚理工学院的 Walter de Heer 教授 研究小组于 2004 年首次提出。
原理：以 SiC单晶为衬底，利用氢气在高温 下对 SiC 的刻蚀效应对衬底表面进行平整化处理； 然后在超高真空的环境下，将 SiC 衬底表面加热 到 1400℃以上，Si 原子会先于 C 原子升华， 而表面富集的 C 原子发生重构从而形成石墨烯薄 膜。
B. H. Hong研究组进一步发展该 法, 制备出30英寸的石墨烯膜,透 光率达97.4%。
N. P. Guisinger组的研究表明:石墨 烯的生长始于石墨烯岛，具有不同的 晶体取向,从而导致片层的结合处形 成线缺陷。
高鸿钧研究组,采用单晶Ru作为基体,
制备出毫米级单晶石墨烯。
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小结
该法有望满足透明导电薄膜等方面的应用 需求,但 制备的石墨烯以多晶为主，达不到电 子器件级的要求。因此,减少CVD法制中石墨烯 岛的数量，备大面积高质量单晶石墨烯是目前 的一个研究热点。
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表面生长
渗碳析碳
目前大部分以Cu为基 体, 具有可控性好、成 本较低、易于转移和 规模化制备等优点, 但 生长的石墨烯具有较 多的线缺陷。
在制备单晶石墨烯方 面更具优势，但目前 采用昂贵的单晶金属 作为基体,而且石墨烯 难以转移, 限制了该方 法的进一步应用。
两种生长机制
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CVD法制备石墨烯的发展历程
石墨烯的发现
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2004
首次发 现石墨 烯
2005
证实石墨 烯中的准 粒子为无 质量的狄 拉克费米 子
2009
2010
2014.1
CVD法取得 IBM发布截止 中国首条
突破，掀起 频率为
石墨烯基
该法制备石 230GHz 的石 超级电容
墨烯的热潮。 墨烯FET
器生产线
投产
2015
石墨烯国 家标准制 定工作启 动
机械剥离法
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优势：可以制备大面积晶体结构完美的石墨烯片， 方法简单。
劣势：石墨烯片的层数不易控制，一般为单片、多 片混杂在一起，且成本高，效率低，不可能适应大 规模生产。
机械剥离法
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CVD法
—— 重要方向
CVD方法是上世纪60年代发展起来的一种 制备高纯度、高性能固体材料的化学过程, 早期主要用于合金刀具的表面改性,后来被 广泛应用于半导体工业中薄膜的制备,如多 晶硅和氧化硅膜的沉积。近年来,各种纳米 材料尤其是碳纳米管、氧化锌纳米结构、 氮化镓纳米线等的制备,进一步推动了CVD 方法的发展。
机械剥离法 化学气相沉积法（CVD） 表面外延生长法 氧化石墨还原法 ……
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利用机械力将石墨烯片从高度定向热解石墨表面剥离开来 的制备方法。Geim等就是采用微机械剥离法得到了石墨 烯，并进行了表征 ，他们将薄片的两面粘在一种特殊的胶 带上，通过撕开胶带将石墨烯剥离开，制备的石墨烯片最 大宽度可以达到10um以上。目前，该法仍是制备石墨烯 最简单直接的方法。
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基本
简介
应用
现状
面临的 问题
石墨烯wenku.baidu.com
前沿 进展
未来 展望
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自2004年石墨烯(Graphene)被以机械剥离的 方法制备并被揭示出独特的物理特性以来, 世界 上物理、化学、材料、电子以及工程领域的科学 家都对其投注了巨大的研究兴趣. 其研究发起者 安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫也因其开创 性的工作获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。
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缺点及改进
缺点：较低的生长温度和较快的生长速 度会造成石墨烯晶体质量的下降，同时为了 防止氧化，设备需在高温下保持超高真空， 这为设备的设计制造带来了极大的难度
纽伦堡大学的 ThomasSeyller 博士的 研究小组对其进行改进。在生长过程中引入 氩气，减缓生长速度，将单层石墨烯的生长 温度提高到 1500℃，生长出更大更整齐的 石墨烯畴，提高了晶体质量。由于有氩气的 保护，对设备要求也有所降低。
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石墨烯的性质
极高的载流 子迁移率， 常温下超过 15000 cm2/V·s
世界上电 阻率最小 的材料
——多才多艺
极高的强度，理论 弹性模量1000GPa、 拉伸强度125GPa
石墨烯
良好的透光性， 单层只吸收 2.3%的光
较大的比表 面积 2600m2/g
导热系数高达
5300W/m·K
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石墨烯的制备
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氧化石墨还原法——低质高产
石墨 氧化
氧化石 墨
超声剥离
氧化石 墨片
还原
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石墨烯
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特点
优势：成本低廉，工艺简单，已经实现大规 模量产。含氧基团的存在使得石墨烯容易分 散在基体中，更容易和其他物质结合，便于 制造复合材料。
劣势：纯度较低，制成的石墨烯片存在大量 结构缺陷，易发生褶皱或折叠，带有许多含 氧基团，影响了石墨烯的优良性质，无法满 足一些应用领域的需要，如光电器件，储氢 材料等。
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小结
这种方法生长石墨烯是最有可能实现C 基集成 电路的有效途径之一。但单晶SiC的价格昂贵，石墨 烯的制作成本非常高，生长条件苛刻，目前还难以实 现大面积制备。
在可控制备及性能研究上存在着以下问题： 外延石墨烯的可控生长机制有待进一步深入研究， 其生长的可控性(层数、晶畴大小、大面积均匀一致 性)有待进一步增强。
采用单晶Co、Pt、Pd、Ir、Ru 等基体在低压和超高真空中实现 了石墨烯的制备。
20世纪70年代尝试采用单晶Ni 作为基体, 制备石墨烯，但缺乏 有效的表征手段。
2009年, J. Kong研究组与B. H.Hong研究组首次制备出大面积 少层石墨烯, 并成功转移。
R. S. Ruoff研究组采用CH4为碳 源,用铜箔制备出尺寸可达厘米级 的石墨烯。