石墨烯结构图

石墨烯时代
任正非在接受媒体采访时声称，未来10 至20年内会爆发一场技术革命，“我认为 这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代 颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度， 硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石 墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯。
元年到来
中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特 瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家 上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议，并 分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作 协议，为“石墨烯全球并购，中国整合”战略打 响了第一枪。此外，2015年3月初全球首批3万部 量产石墨烯手机在重庆发布，开启了石墨烯产业 化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料 规划已经基本落定，预计2015年将成为中国石墨 烯产业爆发元年
问题
• 15．阅读选文第③——⑦段，说说文章主要介绍了石墨烯 的哪三方面内容？（3分） • 16.为什么说石墨烯是未来材料的宠儿？（5分） • 17.阅读下面材料，借助上文中的相关知识，简要分析如 何解决锂电池的容量提升遇到的技术瓶颈问题。（5分） • 【链接材料】 • 当前，锂电池被广泛应用在手机、平板电脑、笔记本电脑、 可穿戴电子设备、电动汽车等众多产品中。正常使用下， 一个２５００毫安时的锂电池往往撑不过一天，因此业界 一直在努力实现电池容量的突破，但锂电池的容量提升在 目前已经遇到技术瓶颈。
石墨烯结构图
石墨烯手机
什么是石墨烯？
• 石墨烯（Graphene）是一种二维碳材料，是单层石墨烯、 双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯一直被认为是假 设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻 斯特大学物理学家安德烈· 海姆(Andre Geim)和康斯坦 丁· 诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，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”，共同获得2010年 诺贝尔物理学奖。并且，石墨烯在自然界也有产出，它体 现为高能物理状态下的圈量子的粒子态相。
• ⑤石墨烯是世上最薄的材料，只有0.34纳米厚， 十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发 丝的直径，它比钻石还坚硬，强度比世界上最好 的钢铁还要高上100倍，每100纳米距离上可承受 的最大压力竟然达到了2.9微牛左右，这意味着， 如果制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的 物品。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移， 迁移速率仅为光速的三百分之一，远远高出其在 硅、铜等传统半导体和导体中的速率。石墨烯优 异的导电性能可以提升电极材料的电导率，从而 大幅度增加电池的容量。
• 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。人们 发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢 铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望 在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中， 电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导 体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电 子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形 式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这 种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同， 它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻 常的优良特性。
• 17．为什么说石墨烯是未来材料的宠儿？ （3分） 答：__ __
• 18．简要概括文章第⑤段介绍了石墨烯的 那些特点。(3分) • 答：__ __
• 19．试分析第⑥段画线句子使用了什么说 明方法，有何表达作用？(3分) 答：
• 20．删掉第⑤段加点的“大概”一词好不 好？为什么？(3分) 答：
石墨烯的特点
• 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；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10-8 Ω·m，比 铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电 阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可 用来发展更薄、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。石墨烯电池或将引领改革： 充电10分钟跑1000公里。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
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一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学 家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”， 石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电 导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比 目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透 明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质 的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前 的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发； 石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电 池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、 更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性， 从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣， 甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料．因此，其应 用前景十分广阔．
• ④石墨烯的发现，之所以意义重大，是因 为它创造了诸多“纪录”。
• ⑤石墨烯是世上最薄的材料，只有0.34纳米厚， 十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发 丝的直径，它比钻石还坚硬，强度比世界上最好 的钢铁还要高上100倍，每100纳米距离上可承受 的最大压力竟然达到了2.9微牛左右，这意味着， 如果制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的 物品。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移， 迁移速率仅为光速的三百分之一，远远高出其在 硅、铜等传统半导体和导体中的速率。石墨烯优 异的导电性能可以提升电极材料的电导率，从而 大幅度增加电池的容量。
• ⑥让材料学家更为惊喜的是，石墨烯几乎 完全透光，透光率在97%以上。它在透明 电极方面的应用会大幅降低电子设备的成 本，并使其更省电、更清晰。同时，石墨 烯太阳能技术的光电转换效率高达60%， 是现有多晶硅太阳能技术的2倍，这使太阳 能产业的升级成为可能。
• ⑦ 超轻防弹表，超薄超轻型飞机、超薄能 折叠的手机、高强度航空材料，高性能储 能和传感器、超级电容器，甚至更富想象 力的太空电梯，石墨烯众多的优越特性， 使 越来越多基于石墨烯材料的未来设备进 入科学家的研究视野。可以说，石墨烯是 过去十年，乃至未来几十年，所有材料 “明星”中最耀眼的一颗。
最新应用
根据美国环保局公布的信息，我们知道特斯拉广受好 评的Model S电动汽车一次充电可以行驶265英里。然而， 该公司的CEO伊隆· 马斯克上个月在接受媒体采访时表示， “一次充电行驶500英里也是有可能的，而且我们很快就 能做到这一点。” 特斯拉可能很快就会推出一次充电即可行驶500英里 的电动汽车，因为高性能石墨烯电池的研发取得了不错的 进展，而这种电池的输出密度是锂离子电池的四倍。 尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能 需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池， 那么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电 动汽车离成为主流又更近了一步。
阅读题
• 1)最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散 热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材 料散热的难题，这是利用石墨烯的 （填选项前的字母）； (2分) A．透光性好 B．硬度大 C．导热性好 D．导电性强 (2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为 ； (1分) (3)石墨烯是目前世上至今发现的最薄、最坚硬的纳米材 料．针对这一发现同学们提出了以下几个问题，你认为最 有价值且可探究的问题是 （填选项前的字母）．(2分) A．“石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系？” B．“如何提取石墨烯这种物质？” C．“石墨烯在生活中有什么用处？” D．“石墨烯为什么很薄？”
பைடு நூலகம் 研究历史
• 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，两人在 2010年获得诺贝尔物理学奖。
石墨烯：未来材料宠儿
• 孙爱民 • ①想在一秒钟内下载一部高清电影吗？石 墨烯调制器的问世或许能让这个愿望得以 实现。
• ②美国华裔科学家张翔教授的研究团队用 石墨烯研制出一款调制器，这个只有头发 丝四百分之一细的光学调制器具备的高速 信号传输能力，有望将互联网传输速度提 高一万倍。
• ③2004年，英国物理学家安德烈· 海姆和· 康 斯坦丁诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出 石墨烯，凭借“在二维石墨烯材料的开创 性实验”，这两位科学家共同获得了2010 年的诺贝尔物理学奖。
答案
• 15.①石墨烯的发现 ②石墨烯的优越特性 ③石墨烯的应用前景(共3分, 每个要点1分) • 16.答案要点： 因为石墨烯有许多优越的特性：①是世界上最簿的材 料。②强度高。 • ③石墨烯中的电子迁移速率高，导电性能强。④几乎完全透光（透光 率高）。⑤石 • 墨烯太阳能技术的光电转换效率高。(共5分,每个要点1分，意思近即 可) • 17.答案示例：可以把锂电池的材料改换成石墨烯，因为石墨烯具有 优异的导电性能， • 它可以提升电极材料的电导率，从而大幅度增加电池的容量，因此， 可以利用石 • 墨烯的这一特性来解决锂电池的容量提升遇到的技术瓶颈问题。 • （共5分，结合文章2分，结合材料2分，语言通顺1分）
答案
• （1）C （2）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管 （3） A 试题分析：（1）多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号 和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，说明石墨烯由很好的导热 性． （2）石墨烯应用于超级计算机的研发，石墨烯晶体管的传输速度远 远超过目前的硅晶体管． （3）“石墨烯是一种神奇的物质，是人类至今发现的厚度最薄、强 度最高的材料”．石墨烯很薄，硬度很大，决定了它的作用很特殊， 因此人们研究“石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系”， 很用价值，所以A正确； 因石墨烯材料已经研究并教授获得2010年诺贝尔物理学奖；还知道石 墨烯是人类发现的厚度最薄、强度最高的材料因此问题“如何提取石 墨烯这种物质？”“石墨烯在生活中有什么用处？”的探究意义不大； 所以选项B、C没有探究价值． 我们虽知道石墨烯是人类至今发现强度最高的材料，石墨烯本身很薄 强度大，研究为什么薄是没有实际意义的，所以D没有研究价值．