石墨烯科普. 共30页
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超硬新材料石墨烯简介ppt课件
稳定的结构
无碳原子缺失，原子间作用力强 原子间的连接非常柔韧
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。
良好的导电性——通畅高速干扰小
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。
.
制备方法
微机械分离法
撕胶带法 轻微摩擦法
用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行 摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这 些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
不足
尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用 的石墨薄片样本
.
加热碳化硅法
加热碳化硅以除去硅，然后生成石墨烯薄层
1. 让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌 2. 冷却到850℃后, 碳原子就会浮到钌表面 3. 形成镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满基质表面，
并最终长成完整的一层石墨烯。 4. 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。
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。 另外使用的基质是稀有金属钌。
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恳请指导，谢谢！
.
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
在室温下传递电子的速度比已知导体都快。 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。
.
石墨烯：轻薄刚导电性好
.
应用领域
可做“太空电梯”缆线 代替硅生产超级计算机 超薄防弹衣 航空材料 高性能储能元件
无碳原子缺失，原子间作用力强 原子间的连接非常柔韧
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。
良好的导电性——通畅高速干扰小
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。
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制备方法
微机械分离法
撕胶带法 轻微摩擦法
用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行 摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这 些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
不足
尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用 的石墨薄片样本
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加热碳化硅法
加热碳化硅以除去硅，然后生成石墨烯薄层
1. 让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌 2. 冷却到850℃后, 碳原子就会浮到钌表面 3. 形成镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满基质表面，
并最终长成完整的一层石墨烯。 4. 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。
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。 另外使用的基质是稀有金属钌。
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在室温下传递电子的速度比已知导体都快。 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。
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石墨烯：轻薄刚导电性好
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应用领域
可做“太空电梯”缆线 代替硅生产超级计算机 超薄防弹衣 航空材料 高性能储能元件
石墨烯专题知识
石墨烯被以为是替代硅旳理想材料，石墨 烯无禁带，不能直接用于晶体管等逻辑元 件，但能够采用石墨烯纳米带、石墨烯量 子点及双层石墨烯加偏压成为半导体，作 为晶体管源电极和漏电极之间旳通道。
IBM展示全球最快石墨烯晶体管，处理速度 可达100GHz
贝尔试验室旳Fulton等人制成旳128Mbit石墨 烯单电子存储器芯片照片
层左右旳石墨烯。
❖石墨烯旳发觉
碳是构成自然界有机生命体旳主要元素， 碳材料涉及活性碳、碳黑、碳纤维、金 刚石、石墨。伴随纳米技术旳发展， 1985年，由60个碳原子构成旳“足球” 分子C60被发觉。1991年，由具有一维管 状构造旳碳纳米管被发觉。Laudau 和 Wagner理论科学家以为二维旳晶体材料 因为其本身旳热力学不稳定性，在常温 下会迅速分解。
⑥兼容性好: 与多种金属和半导体材料 兼容,可用于制备复合材料.
………
三、石墨烯旳制备措施
目前石墨烯主要旳制造措施涉及四种，分 别是：微机械剥离法、外延生长法、氧化 石墨还原法和气相沉积法。
①微机械分离法
微机械剥离法即是用透明胶带将高定向 热解石墨片按压到其他表面上进行屡次 剥离，最终得到单层或数层旳石墨烯。
目前使用旳碳材料主要涉及活性炭、活 性碳纤维、炭气凝胶等，这些碳材料旳 基元都是石墨烯。因为超级电容器是经 过导体表白来存储电荷，所以适合电子 汇集旳有效表面积越大其容量就越大；
试验表白使用石墨烯作为电极旳超级电 容器能够产生相同体积电容器6 倍以上 旳容量。同步具有优良旳化学稳定性、 导电性、导热性和低成本等优点。
❖ 2023年，Geim，Novoselov等就是经过此 措施在世界上首次得到了单层石墨烯，证明 了二维晶体构造在常温下是能够存在旳 ，
石墨烯ppt课件
04
缺点
设备成本高，制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中，通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件，如超声 功率、时间、温度等，以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单，成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ，如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等，需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长，石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间，企业需要抓 住机遇，积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合，共同推动产业升级和创新 发展，如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代， 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景，如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等，未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注，如生物传感器、药物载体 、医疗器械等，未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
石墨烯简单介绍ppt课件
一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在设法将越来越多的信息
填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频
率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石 墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在
微电子领域也具有巨大的应用潜力。
26
石墨烯应用
透明电极
石墨烯
和
，使它在透明电
导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、
有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，
。由于氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液
内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域 。
通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导 率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71% 能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转 换效率的55.2%。
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
石墨烯的来源？
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。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
14
结构与性能
力学性能
石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。其
和
分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的
（抗拉强度）为42N/M2。
普通钢的强度极限大多分布在250~1200MPa范围内，即 0.25ӽ109~1.2ӽ109N/m2。如果钢具有同石墨烯一样的厚度（约 0.335nm），则可推算出其二维强度极限0.084~0.40N/m。由 此可知，
填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频
率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石 墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在
微电子领域也具有巨大的应用潜力。
26
石墨烯应用
透明电极
石墨烯
和
，使它在透明电
导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、
有机发光二极管等等，都需要良好的透明电导电极材料。特别是，
。由于氧化铟锡脆度较高，比较容易损毁。在溶液
内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域 。
通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导 率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71% 能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转 换效率的55.2%。
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
石墨烯的来源？
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。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
14
结构与性能
力学性能
石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。其
和
分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的
（抗拉强度）为42N/M2。
普通钢的强度极限大多分布在250~1200MPa范围内，即 0.25ӽ109~1.2ӽ109N/m2。如果钢具有同石墨烯一样的厚度（约 0.335nm），则可推算出其二维强度极限0.084~0.40N/m。由 此可知，
石墨烯基本知识共92页
石墨烯基本知识
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
END
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
END
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
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
石墨烯科普PPT课件
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Thank you!
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感谢您的观看！
第29页/共29页
第10页/共29页
石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
第11页/共29页
石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
第13页/共29页
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。
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。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
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
Thank you!
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石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
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石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
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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。
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。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
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
石墨烯
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
详情>> 石墨烯（二维碳材料）编辑本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。
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。
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，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
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。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑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。
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
石墨烯-最终版PPT课件
.
14
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。
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 ……
.
6
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。
.
4
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
.
5
石墨烯的制备
表面外延生长法 机械剥离法
化学气相沉积法
氧化石墨还原法
.
19
表面外延生长法
表面外延生长法是渗碳原 理的进一步推广，提高了 石墨烯的晶体完整度，但 该法的成本比前面两种方 法更高。
氧化石墨还 原法
机械剥离法
表面外延生长法
化学气相沉积法
.
20
其他方法如有机合成法、 直接超声剥离法甚至生物 还原法等都提供了可供借 鉴的思路。将不同的方法 结合起来也有一定的前景。
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
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•外延生长法
石墨烯介绍
第16页，本讲稿共65页
第17页，本讲稿共65页
三、石墨烯特性 ：
导电性
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。
第11页，本讲稿共65页
薄得像纸一样的iPhone概念手机
第12页，本讲稿共65页
二、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
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。
第31页，本讲稿共65页
利用NTT物性科学基础研究所正在开发的SiC热分解法制作的 SiC基板上的石墨烯（右），实际分布有1～多层的石墨烯
第32页，本讲稿共65页
第17页，本讲稿共65页
三、石墨烯特性 ：
导电性
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。
第11页，本讲稿共65页
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第12页，本讲稿共65页
二、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
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。
第31页，本讲稿共65页
利用NTT物性科学基础研究所正在开发的SiC热分解法制作的 SiC基板上的石墨烯（右），实际分布有1～多层的石墨烯
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石墨烯材料的简介 石墨烯材料的制备 石墨烯材料的性质 石墨烯材料的应用 石墨烯材料的展望
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
通往宇宙的电梯
——石墨烯
Kris 2019-9-16
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石墨烯材料的简介 石墨烯材料的制备 石墨烯材料的性质 石墨烯材料的应用 石墨烯材料的展望
石墨烯材料简介
1、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。
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。
石墨烯材料的性质
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，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，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。
石墨烯材料简介
一直以来理论和实验界都认为严格的二维晶体无法在 非绝对零度稳定存在，这一假设直到2019 年英国 Manchester 大学的Geim等人发现单层石墨烯 (graphene)后才得以改变。他们采用一种简单的“微 机械力分裂法”(microfolitation) 制备了一种单原 子厚度的碳膜,这种两维碳材料表现了很高的结晶度 而且异乎寻常地稳定。这一发现立刻震撼了科学界， 随后这种新型碳材料成为材料学和物理学领域的一个 研究热点。
美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金鼓励科 学家们进行这种电梯的开发
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石墨烯材料的简介 石墨烯材料的制备 石墨烯材料的性质 石墨烯材料的应用 石墨烯材料的展望
石墨烯材料制备
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。
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
石墨烯材料制备
3、热膨胀法
用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μ m，横向尺寸在400μ m左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
石墨烯材料制备
4、化学法
通过Diels2Alder反应Pd 催化的 Hagihara2Sonogashira,Buchwald2Hartwig 或 KumadaPNegishi 偶合等先合成六苯并蔻(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。
2、发现 Graphene(石墨烯) 是2019年由曼彻斯特大学科斯
提亚•诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈•盖姆 （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。正 是这种简单的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了 科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能 在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅 可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。
薄的石墨薄片( d < 10nm) 就被牢固地保留在SiO2 表
面上(这归结于它们之间较强的范德华力和毛细管作用 力) 。
石墨烯材料制备
2、加热SiC法
首先,样品经过氧化或H2 刻蚀表面处理,然后在超高真空 下(1×10-10 Torr) 经电子轰击加热到1000℃ ,除去氧化 物,并用俄歇电子能谱(AES) 监测,当氧化物完全去除后, 加热样品至1250—1450℃,这时将形成石墨烯层,石墨烯的 厚度与加热温度相关,且可通过AES(入射能为3keV)中 Si(92eV)和C(271eV)的峰强度测定石墨烯的厚度。
石墨烯的理论比表面积高达2 600m2Pg ,具有突出的导热 性能(3000W·m-1·K-1) 和力学性能(1060GPa) , 以及室温下 较高的电子迁移率(15000cm2·V-1·s-1) 。此外,它的特殊结 构,使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一 系列性质,因而备受关注。
石墨烯材料简介
石墨烯材料简介
康斯坦丁·诺沃肖洛夫
安德烈·海姆
石墨烯材料简介
3、结构 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形) 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的
缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角 元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨 烯;
可见，石墨烯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
石墨烯材料制备
1、机械剥离法 以1mm 厚的高取向高温热解石墨为原料,在石墨片上用 干法氧等离子体刻蚀出一个5μ m 深的平台(尺寸为 20μ m —2mm ,大小不等) ,在平台的表面涂上一层 2μ m 厚的新鲜光刻胶,焙固后,平台面附着在光刻胶层 上,从石墨片上剥离下来。用透明光刻胶可重复地从石 墨平台上剥离出石墨薄片,再将留在光刻胶里的石墨薄 片在丙酮中释放出来,将硅片浸泡其中,提出,再用一定 量的水和丙酮洗涤。这样,一些石墨薄片就附着在硅片 上。将硅片置于丙酮中,超声除去较厚的石墨薄片,而