石墨烯科普. 共30页
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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。
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。
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
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。
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
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
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。
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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
来自百度文库 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。
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
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。
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。
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。
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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。
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
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
通往宇宙的电梯
——石墨烯
Kris 2019-9-16
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
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。
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
来自百度文库 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。
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
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。