石墨烯

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”。 “天梯”作为一个科学概念，最早是于1895年、、、
1999 年，Rodney S. Ruoff 等将HOPG 上刻 蚀出的石墨柱在硅衬底 上涂抹，得到了厚度小 于10 nm 的石墨片层
Philip Kim 在HOPG 的表面上刻蚀出石墨柱 之后，用精密操作手将其转移到 AFM 的悬 臂上固定好，然后以悬臂上安装的石墨柱为 针 尖 ， 在 SiO2 /Si 衬 底 上 进 行 接 触 模 式 ( Contact Mode) 下的操作。
2008年01月09日 深圳特区报
不得了的石墨烯
美华裔科学家将让网速快万倍 将石墨烯铺展在一个硅波导 管的顶部，建造出了这款能打开 或关闭光束的光调制器(调制器是 控制数据传输速度的关键)，把电 子信号转化成光学信号传输数字 信息。
2011年05月24日 温州都市报
不得了的石墨烯
英将石墨烯聚光能力提高20倍
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯
石墨烯 矫正型 石墨烯 制备方法 公关沟通 研究进展
石墨烯的制备方法
• HOPG微机械剥离法
利用手工或超声的方法将高取向性高温热解石墨 (HOPG)逐层剥离，缺点是效率低、无法大面积，优点是 层数可控，尤其可得到单层石墨烯。
如果采用超 声剥离技术， 可以提高效 率和成品率
臼 式 研 磨
厚度在10 nm 以下，相对 完好的晶体 结构，但的 剪切力不足。
搅 拌 球 磨
厚度为1nm 左右， ， 可以认为这是单层 石墨烯的厚度。
行 星 球 磨
行星球磨对粉体也提供冲击 力和剪切力两种类型的作用。 厚度在2. 5 nm 左右。
• SiC衬底高温热解法
石墨烯
C原子外层3个电子通过sp2杂化形 成强σ键(蓝)，相邻两个键之间夹 角约为120°；第4个电子为公共， 形成弱π键(紫)，为平面结构。
金刚石
C原子外层四个电子通过sp3杂化， 形成较强σ键，为四面体结构，相 邻两个键之间夹角约为109°。
石墨烯的基本知识
• 石墨烯的稳定性
石墨烯的结构非常稳定，carbon-carbon bond仅为1.42埃米;。石墨烯内部的 碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变 形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。 近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上 存在纳米级别的微观扭曲。
Nanotechnology, 2008, 19: 455601
石墨烯的制备方法
1960 年，当时委内瑞拉电镜学家试图寻找一 种具有足够强度的、对电子束透明的并且质 地均一的材料作为样品的支持膜，他成功地 从石墨晶体中剥离出了厚度为5 nm( 约15 层 石墨烯) 的石墨片层 1990 年以后，随着富勒烯和碳纳米管的发现， 关于石墨烯的研究再次兴起。研究者发现当 原子力显微镜( AFM) 的探头在高定向热解石 墨( HOPG) 的表面摩擦后，可以掀起厚度在 4 nm 左右的石墨烯纳米带并可以将其HOPG 的表面上折成几折
用单层石墨烯制作的吊床可以承载一只4 千克的猫，而且是一只悬停在半空中的猫。
导电性最好的材料，载流子（电子）在其中的运动速度达到了光速的1/300， 稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性 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。
=
10万
它是地球上已发现的最薄材料， 用肉眼是看不见石墨烯的。
2nm厚的石墨烯薄膜，透过率超过95%
氧化铟锡屏幕 铟锡氧化物薄膜电阻的典型 值为40 Ω/sq，可见光透过率 大约为80%
VS
石墨烯屏幕 用氧化还原法制备的还原氧 化石墨薄膜厚度小于 3nm ， 可见光透过率大于90%。
现有手机触摸屏的工作层中不可缺少的材料为陶瓷材料氧化铟锡。氧化铟锡的 价格高、用量大、易碎、有毒性（与铅的毒性可比）。
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超级电容 场效应晶体管 发光二极管的电极材料 锂离子电池正极材料
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性
石墨烯 石墨烯 新闻时讯 制备方法
石墨烯 研究进展
不得了的石墨烯
美华裔科学家发现最高强度物质
美国机械工程师用一种形象的方法 解释了石墨烯的强度：如果将一张和 食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖 在一只杯子上，然后试图用一支铅笔 戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔 上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨 烯薄层。
2013年03月14日 威锋网
不得了的石墨烯
浙大刷新超轻材料世界纪录
该校高分子系高超教授的课题组制 备出了一种0.16毫克/立方厘米的超轻 气凝胶，它刷新了目前世界上最轻固态 材料0.18毫克/立方厘米的纪录。不但 低于空气的密度，也低于氦气的密度。 可以用来处理海上原油泄漏事件，还可 能成为理想的储能保温材料、催化剂载 体及高效复合材料，有广阔前景。
石墨烯的形态
研究发现 , 当石墨的堆垛原子层数少于 10 个单原子层时 , 石墨层就会具有与普通三维石墨不同的电子结构 . 一般将 10 层以下的石墨结构统称为石墨烯. 单层石墨烯的晶体结 构如下图 所示, 是由碳六元环组成的 2D)周期蜂窝状点阵 结构, 厚度只有0.335nm, 相当于头发丝直径的1/2万.
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。
科学家通过将石墨烯和纳米金属结 构耦合在一起，并将金属结构采用特 殊的排列方法置于石墨烯上解决了这 个问题。这种所谓的等离子体纳米结 构显著增强了能被石墨烯感应的光电 场，并能有效地将光集中在石墨烯上， 将石墨烯的聚光性能提高了20倍，而 且其数据处理速度没有受到丝毫影响。
2011年09月01日 科技日报
2013年03月19日 中国日报
不得了的石墨烯
世界首款配备石墨烯薄膜耳机原 型问世
加州大学伯克利分校的研究人员研 发了一款以石墨烯作为薄膜材料的耳 机。通常，大部分的耳机都需要人造 阻尼材料，但由于石墨烯良好的物理 性，使得这层石墨烯薄膜并不需要人 为阻尼，它依靠空气，使得耳机的振 动频率非常出色。
石墨烯在聚合 物中的相变。 a) 加热前； b) 加热后
Nano Letters, 2009, 9(5): 2129-2132
石墨烯的基本知识
2004年，曼彻斯特大学Geim教授、 Novoselov博士和同事以微机械剥离法剥离 层状石墨，发现了二维碳原子平面结构—— 石墨烯
二维的碳 得来全不费功夫
2013年03月18日 浙江日报
不得了的石墨烯
炒作再起 石墨烯三剑客联手涨停
石墨烯虽然距离商用还很遥远，但 在资本市场却是火热的品种，但凡有一 点风吹草动就能引发股价的异动。昨日， 石墨烯概念股新华锦、中钢吉炭、华丽 家族集体涨停，金路集团涨幅超过了 7%。
2013年03月20日 华西都市报
石墨烯 基本概念
2013年01月23日 重庆日报
不得了的石墨烯
石墨烯—诺基亚的救命稻草
在诺基亚研究中心的官方网站上， 有这样一条消息：今年1月28日开始， 欧盟将在接下来的 10 年间投入 10 亿欧 元，赞助石墨烯材料的研发工作。 未来的诺基亚手机应该不能用来敲 核桃了。
2013年02月05日 扬子晚报
不得了的石墨烯
一分钟内给手机充电
目前，美国科学家最新研制一 种超级电池，它们被称为微型石墨 烯超级电容，其充电和放电速度比 普通电池快1000倍。
2013年03月14日 证券时报
不得了的石墨烯
美防务企业研发低成本石墨烯海 水淡化技术
单层石墨烯薄片仅有1个原子的厚 度，水分子可穿过石墨烯薄片中仅有1 纳米宽的空隙，而构成盐主要成分的 钠离子和氯离子则被阻挡在外。美国 著名防务企业——洛克希德氠丁公司 希望在2013年年底之前研发出石墨烯 海水过滤装置原型样机。
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
在将 HOPG 上刻蚀出石墨柱的一面压在涂有 1μm 厚湿光刻胶的玻璃片上，烘烤后这些石墨柱就留 在了光刻胶上，从而实现了与HOPG 的分离，然 后用透明刻胶上的较薄的石墨烯 片层也即分散在了丙酮溶液中。将SiO2 /Si 衬底 在丙酮溶液中浸过后，再用大量的水和丙醇冲洗 衬底，一部分石片层就留在了衬底上，然后将衬 底在丙醇中超声，最后留在衬底上的基本上都是 厚度小于10 nm 的片层，其中就有单层的石墨烯。
康斯坦丁· 齐奥尔科夫斯基
2002 年，美国登月计划参与者之 一的Brad Edward博士，在华盛顿 创建了LiftPort集团，正在以齐奥 尔科夫斯基的构想来实现人类 “一步登天”的伟大梦想。
货仓结构想象图
平衡锤和天梯构造模型
碳纳米管 石墨烯
既然要制造太空梯，用什么材料来建呢？
我们把天梯简化为一条具有均匀的横截面积和质量分布，两端均无 约束的长线，依靠地球重力绕地球相同角速度的圆周运动。由虚功 原理可算出： L=140000km; 即理想状态下天梯的长度为14万千米。 接着我们来讨论天梯的建筑材料： 这个张力与线密度之比的数值远大于我们熟知的材料（例如钢为3 × 106,碳为2 ×106 ），而石墨烯，前面提到过，强度在钢的200倍以 上，可以达到6 × 107以上，因此可以说制造天梯从原理上是完全可 行的。
不得了的石墨烯
全球首款手机用石墨烯电容 触摸屏研制成功 江南石墨烯研究院对外发布， 全球首款手机用石墨烯电容 触摸屏在常州研制成功。
2012年01月11日 科技日报
不得了的石墨烯
国内首片15英寸单层石墨烯在渝 问世
中科院重庆研究院已经在铜箔衬底 上生长出15英寸的均匀单层石墨烯 , 并 成功将其完整地转移到柔性 PET衬底上 和其他基底表面,并且通过进一步应用, 还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导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。
=
1 0个石墨烯调制器:传输速度可以达到1T
100万
铜导线:传输速度最高可达100兆
石墨烯是电阻率最小的材料它在室温下传 递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯-正改变世界未来
学 导 生： 师：
石墨烯 石墨烯 基本概念 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
石墨烯存在哪里？
铅笔，谁都用过。小时候，学写字，胖乎乎的手 握着铅笔，在作业本上留下一个个歪歪扭扭的汉字。
铅笔笔芯的主要成分是石墨。所以，我们在作业本 上每划一笔，就是剥离了一层或者几层石墨片。 ，