石墨烯简介

SiC外延生长法
? 是指在高温下加热 SiC 单晶体，使得 SiC 表面的 Si 原子被蒸发而脱离表面，剩下的 C 原子通过自组形式重 构，这样就可以得到基于 SiC 衬底的石墨烯。
? 早在 20 世纪 60 年代，人们就已经发现 SiC 单晶在高 温真空退火条件下升华硅，会发生石墨化现象
? 石墨烯的 SiC 外延法生长主要涉及三个方面 :生长基体、 高温炉和生长条件 (气压、温度、载气等)。目前使用的 生长基体主要有高质量的 4H-SiC、6H- SiC 和 3C- SiC 等单晶体。生长基体同时也是 “碳”源，由于选用的是 碳化硅晶体，因此决定了碳化硅外延法制备石墨烯必须 在高温条件下进行 ; 加 热 碳 化 硅 法 要 求 的 温 度 很 高 ( 超 过1 200 ℃)，因此对加热装置的要求也 较高；
? 根据严格意义的二维晶体理论，热力学上严格和独立的二维 原子晶体是不稳定的，但是准二维原子晶体材料却可以稳定 存在；
? Geim 等获得的石墨烯就是准二维原子晶体材料，具有褶皱 或附在其他基底上
石墨烯的基本结构与性质
? 石墨烯的原子排列与石墨的单原子层相同； ? 是碳原子以sp2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的单层二维
? 石墨烯是已知材料中最高的，可达到 6000w/(m ●k),为金 刚石的1.5倍;
? 在微热电器件方面具有重要应用前景;
石墨烯的力学性质
? 实验测得的杨氏模量为1.0TPa，其断裂强度高达42N/m， 是钢的200倍；
? 具有极高的硬度，可达到 300-400N/m ，是目前最强的材 料；
? 在力学传感器、共振器等方面具有重要应用前景；
0001.土豆网-利用机械解理法制备单层石墨烯的视频.flv
? 优点：操作简单，石墨烯产物晶体结构保持完好；
? 缺点，所获得的产物尺寸不易控制，重复性差，产率低， 无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工 业化需求。
转移印刷法
? 将带有凸起的印章压到石墨基底上；利用印章凸起 的边缘从石墨表面粘上一片石墨烯；检测印章凸起 上石墨烯的品质；如果石墨烯品质完好，可以将其 转移到另外的基底上
? 单层石墨，边缘性质与石墨有一定程度类似；
? 具有部分稠环芳烃和石墨的化学性质；
石墨烯电子性质和能带结构
? 零带隙半导体（禁带宽度为零），该性质主要取决于其特 殊的能带结构；
? 锥形价带和导带对称分布在费米能级上下，导带和价带的 交点为狄拉克点；（电子运动遵循狄拉克方程）
石墨烯电荷传输性质
? 具有很高的电荷迁移率（载流子几乎可以以光速移动）；
when the reactions,structural relations or other properties of individual layers are discussed. 中文相应的定义还有待明确与标准化；
石墨烯发现与研究
? 严格意义上石墨烯的发现归功于 Geim 团队，在 2004 年采用 胶带粘揭的方法（ sotch taping ）,制备得到了完美的石墨 烯；外延生长法、化学气相沉积、氧化还原法等；
石墨烯简介
一、碳纳米材料
? 碳元素在元素周期表中排第六位 ? 在地壳中的含量只有 0.027% ? 碳的同素异形体 （1）金刚石（最硬物） （2）石墨（最软物wk.baidu.com （3）碳纳米管（良导体） （4）足球烯 （5）石墨烯
玻璃态碳、无定形碳、活性炭等
碳的同素异形体间的关系：
石墨烯的定义
? 1997年，IUPAC将石墨烯定义为： graphene:The term graphene should be used only
机械剥离法
? 微机械剥离法 英国曼彻斯特的 Geim等利用微机械剥离的方法首次成功
的从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨烯； 步骤：首先利用氧等离子在 1 mm 厚的高定向热解石墨表面 进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽 20 μm~2 mm 、深5 μm 的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带 反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微 片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片 放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯 吸附到硅片表面。
? 透气性 对大多数气体、蒸汽和液体都具有极好的抗透性，可发
展成为柔软轻便的抗透气材料；但是对水分子具有很好的 透过性，（氢键基团（羟基，羧基）与水分子形成强相互 作用）；
化学性质： 具有羟基、羧基，可对其进行修饰；化学键是碳碳双建，
苯环是其基本结构单元，具有边界基团和平面缺陷；
石墨烯的物理性质总结
石墨烯的制备
石墨烯制备
? 石墨烯的制备方法分为两种，分别为： (“bottom-up”) 自下而上和(“top-down”)自上而下；
? 自上而下 :以天然石墨为碳源，通过物理或化学剥离 /剪 切的方法获得单层或寡层石墨烯，机械剥离法、化学氧 化还原法等
? 自下而上：以小分子含碳化合物为原料合成大分子的单 层或寡层石墨烯，如化学气相沉积法、有机合成法等
化学气相沉积法
? 采用化学气相沉积(CVD)方法在金属催化剂基底上可以得 到大面积连续的石墨烯薄膜,
? 所用的多晶基底相比于单晶基底更为廉价易得 , 同时生 长出的石墨烯薄膜的转移也相对简单
? 目前来看是大规模制备高质量石墨烯的最有希望的方法 之一.通过 CVD 生长方法已经获得大面积 (最大面积可达 30 英寸)
? 电阻率为 10-6欧姆●厘米，目前已知物质中室温电阻率最 低的材料；
石墨烯的光学性质
? 具有令人惊奇的光学性质，单层石墨烯对可见光约有 3.2%的吸收（电子能带结构）；
? 石墨烯的不透明度为2.3%；
? 零带隙结构使石墨烯对光很容易饱和，具有较低的饱和 通量；（光学领域、激光开关）
石墨烯的热导性质
晶体 ? 每个碳原子周围有三个碳原子成键， C-C键长为1.42A ，
键角为120°，每个碳原子以3个sp2杂化轨道和邻近3个碳 形成3个σ键，剩下的 1个ｐ轨道和邻近的碳原子一起形 成共轭体系
石墨烯的性质
? 石墨烯中的碳原子许多性质与苯环上的碳原子有相似之 处，无数个六元环构成，其边缘氢原子对分子的贡献远 小于苯环，因而性质有许多不同；