《諾貝爾物理學(xué)獎》PPT課件VIP

石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,物理與電子科學(xué)學(xué)院,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,1.2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲獎科學(xué)家簡介2.神奇的石墨烯3.諾貝爾獎的啟示,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆康斯坦丁諾沃肖洛夫獲獎原因：對石墨烯這一世界上最薄材料的開創(chuàng)性研究,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,1.獲獎?wù)甙驳铝液Ｄ?石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,安德烈海姆（AndreGeim）英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家。父母為德國人，1958年10月出生于俄羅斯西南部城市索契，擁有荷蘭國籍。1987年在俄羅斯科學(xué)院固體物理學(xué)研究院獲得博士學(xué)位，畢業(yè)在校工作三年后在英國和丹麥繼續(xù)他的研究工作。現(xiàn)受聘于英國曼徹斯特大學(xué)，1994年在荷蘭奈梅亨大學(xué)擔(dān)任副教授，也是荷蘭代爾夫特大學(xué)的名譽(yù)教授。他于2001年加入曼徹斯特大學(xué)任物理教授。在他的職業(yè)生涯中，海姆發(fā)表了超過150篇的頂尖文章，其中很多都發(fā)表在自然和科學(xué)雜志上。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,值得一提的是在發(fā)現(xiàn)石墨烯之前，早在2000年他還獲得“搞笑諾貝爾獎”通過磁性克服重力，讓一只青蛙懸浮在半空中。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,獲獎感言：我個人從來沒有期望能獲得這個獎項(xiàng)。我做完睡得很香，因?yàn)槲腋緵]有期望能拿獎。當(dāng)有些人拿到諾貝爾獎后開始停止做科研，甚至停止做很多他該去做的事，并且其他方面的事物會纏繞著他很多年，這樣他更不能專心工作。但對于我來說，我會像往常一樣繼續(xù)我的研究，認(rèn)真工作，享受研究?！?石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,康斯坦丁諾沃肖洛夫,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,康斯坦丁諾沃肖洛夫KonstantinNovoselov，英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家。1974年出生于俄羅斯的下塔吉爾，具有英國和俄羅斯雙重國籍。2004年諾沃肖洛夫在荷蘭奈梅亨大學(xué)獲得博士學(xué)位。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,他們曾是師生，現(xiàn)在是同事，他們都出生于俄羅斯，都曾在那里學(xué)習(xí)，也曾一同在荷蘭學(xué)習(xí)和研究，最后他們又一起在英國制備出了石墨烯。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,2.石墨烯簡介：（1）石墨烯是單原子層的石墨,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨是碳單質(zhì)的同素異形體之一地球上的生命都是以碳元素為基礎(chǔ)的碳元素是神奇的六號元素，其單質(zhì)的眾多同素異形體，從最硬到極軟、全吸光到全透光、絕緣體到半導(dǎo)體到導(dǎo)體、絕熱到良導(dǎo)熱、高臨界溫度的超導(dǎo)體等。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,近20年來,碳納米材料一直是科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域富勒烯1985年發(fā)現(xiàn)1996年諾貝爾化學(xué)獎碳納米管1991發(fā)現(xiàn)石墨烯2004年發(fā)現(xiàn),石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,*鉆石是已知最硬的礦石；石墨卻是最軟的礦石之一。*鉆石是終極的研磨劑；石墨卻是非常好的潤滑劑。*鉆石是一流的絕緣體；石墨卻是良導(dǎo)體。*鉆石通常是透明的；石墨卻是不透光的。*鉆石的結(jié)晶是立方晶系；石墨卻是六方晶系。*鉆石的價值昴貴；石墨卻是相當(dāng)廉價。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨的特性：（1）耐高溫性石墨的熔點(diǎn)為385050，沸點(diǎn)4250，即使經(jīng)過超高電弧灼燒，重量損失也很少，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而增強(qiáng)，在2000時，石墨強(qiáng)度提高一倍。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨的特性：（2）導(dǎo)電導(dǎo)熱性:石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍，導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。（銀1.610-8銅1.710-8鐵1.010-7石墨(813)10-6,*m),石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨的特性：（3）化學(xué)穩(wěn)定性:石墨在常溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸堿、耐有機(jī)溶劑的腐蝕。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨的特性：（3）潤滑性:石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。石墨為層狀耐磨礦物，其Bond粉碎功指數(shù)高達(dá)45.03kw/t，相較于粘土的7.1kw/t、黃鐵礦的8.9kw/t，以及石英的12.77kw/t高出許多.,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨的特性：（4）抗熱震性:石墨在高溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產(chǎn)生裂紋。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯的特性：（1）石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（2）電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electricchargecarrier)，的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（3）石墨烯中電子的隧道效應(yīng)：電子波能百分百地發(fā)生隧穿事先在一片石墨烯晶體上人為施加一個電壓（相當(dāng)于一個勢壘），然后測定石墨烯的電導(dǎo)率。一般認(rèn)為，增加了額外的勢壘，電阻也會隨之增加，但事實(shí)并非如此，因?yàn)樗械牧Ｗ佣及l(fā)生了量子隧道效應(yīng)，通過率達(dá)100%。這也解釋了石墨烯的超強(qiáng)導(dǎo)電性：相對論性的載荷子可以在其中完全自由地穿行。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（4）石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌腹饴剩貉芯恳舶l(fā)現(xiàn)，盡管只有單層原子厚度，但石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現(xiàn)。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（5）石墨烯是有史以來被證實(shí)的最結(jié)實(shí)的材料,其強(qiáng)度可達(dá)130GPa，是鋼的100多倍，其斷裂強(qiáng)度達(dá)到了驚人的42NM-1；科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些只有100分之一頭發(fā)絲寬度的石墨烯薄片后，他們就開始使用原子尺寸的金屬和鉆石探針對它們進(jìn)行穿刺，從而測試它們的強(qiáng)度。讓科學(xué)家震驚的是，石墨烯比鉆石還強(qiáng)硬，它的強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還高100倍！,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（5）石墨烯是有史以來被證實(shí)的最結(jié)實(shí)的材料如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一只杯子上，然后試圖用一支鉛筆戳穿它，那么需要一頭大象站在鉛筆上，才能戳穿只有保鮮膜厚度的石墨烯薄層。制造出一根從地面連向太空衛(wèi)星、長達(dá)23000英里并且足夠強(qiáng)韌的纜線，美國科學(xué)家證實(shí)，地球上強(qiáng)度最高的物質(zhì)“石墨烯”完全適合用來制造太空電梯纜線！,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（6）其他物理性質(zhì)目前試驗(yàn)還證實(shí)了石墨烯中的電子和空穴成對現(xiàn)象(Electron-HoleSymmetry)，半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)(Half-integerQuantumHallEffect)，室溫量子霍爾效應(yīng)(Room-TemperatureQuantumHallEffect)等多種獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯的應(yīng)用：（1）用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料（2）制造超堅韌的防彈衣和“太空電梯”用的超韌纜線（3）用來強(qiáng)化材料研究表明石墨烯增強(qiáng)聚乙烯醇（PVA）復(fù)合材料只需要添加0.7%（重量比）的石墨烯就可以使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高76同時其楊氏模量增加62；,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯的應(yīng)用：（1）用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料（2）制造超堅韌的防彈衣和“太空電梯”用的超韌纜線（3）用來強(qiáng)化材料研究表明石墨烯增強(qiáng)聚乙烯醇（PVA）復(fù)合材料只需要添加0.7%（重量比）的石墨烯就可以使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高76同時其楊氏模量增加62；,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,（4）石墨烯晶體管硅材料的加工極限一般認(rèn)為是10納米線寬。受物理原理的制約，小于10納米后不太可能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、集成度更高的產(chǎn)品。除了已開發(fā)出了10納米級可實(shí)際運(yùn)行的石墨烯晶體管外，已研制出長寬均為1個分子的更小的石墨烯晶體管。該石墨烯晶體管實(shí)際上是由單原子組成的晶體管。,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯的制備一種是SiC的高溫?zé)峤馔庋臃ɑ蜻^渡族金屬催化外延法另一種是輕微摩擦法或撕膠帶法第三種是化學(xué)修飾分散/還原法.,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,氧化石墨烯的改性,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,氧化石墨烯的透明性,石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎,看了以上的介紹，如果你對石墨烯產(chǎn)生了興趣的話，不妨也可以嘗試