石墨烯學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1石墨烯石墨烯第一頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。一維一維三維三維二維二維零維零維第1頁/共19頁第二頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。發(fā)現(xiàn)過程發(fā)現(xiàn)過程 安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫?qū)⑹蛛x成小碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用普通的塑料膠帶黏住薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片就一分為二，不斷重復(fù)，最后僅剩下一層碳，便得到了石墨烯。并獲得2010諾貝爾物理獎。打破了二維單原子長程有序晶體在非絕對零度不能存在的觀點(diǎn)。第2頁/共19頁第三頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。世界上最硬的物質(zhì)世界上最硬的物質(zhì)竟然存在于鉛筆中竟然存在于鉛筆中第3頁/共19頁第四頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。世界上最軟的

2、礦物質(zhì)石墨世界上最軟的礦物質(zhì)石墨世界上強(qiáng)度最大的石墨烯世界上強(qiáng)度最大的石墨烯將石墨中的一層抽出將石墨中的一層抽出第4頁/共19頁第五頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。六角形，蜂巢晶格狀單原子層片狀碳原子sp2雜化定義定義關(guān)鍵詞0.335nm，頭發(fā)絲的20萬分之一第5頁/共19頁第六頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定韌性很好韌性很好硬度最大硬度最大強(qiáng)度最高強(qiáng)度最高導(dǎo)電性能最導(dǎo)電性能最好好導(dǎo)熱系數(shù)高導(dǎo)熱系數(shù)高電阻率低電阻率低透光性好透光性好由于以上優(yōu)異的性能使得石墨烯有無比巨大的發(fā)展空間，由于以上優(yōu)異的性能使得石墨烯有無比巨大的發(fā)展空間，未來可應(yīng)用于電子，航天，光等各個領(lǐng)域，很有研

3、究價值。未來可應(yīng)用于電子，航天，光等各個領(lǐng)域，很有研究價值。比表面積大比表面積大第6頁/共19頁第七頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，c-c鍵1.42埃，鍵能大，c-c鍵連接柔韌，碳原子面可彎曲。 強(qiáng)度大，石墨烯制成普通厚度的食品袋，可承受2噸壓力。硬度比鉆石還硬，是世界上最好鋼鐵的100倍。透光性好，只吸收2.3的光。電阻率10-8 m銅1.7 10-8 m導(dǎo)熱系數(shù)5300W/mk銅380W/mk，碳納米管3500W/mk電子遷移率為光的1/300比在硅內(nèi)快100倍計算及元件中104m/s砷化鎵中5105m/s幾組數(shù)字幾組數(shù)字第7頁/共19頁第八頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。石墨烯的

4、制備方法石墨烯的制備方法機(jī)械分離法機(jī)械分離法化學(xué)氣相沉積法（化學(xué)氣相沉積法（CVD法）法）氧化還原法氧化還原法加熱加熱SiC法法溶劑剝離法溶劑剝離法取向附生法取向附生法第8頁/共19頁第九頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。臼式研磨儀臼式研磨儀攪拌球磨攪拌球磨行星球磨行星球磨機(jī)械分離法機(jī)械分離法HOPG（高定向熱解石墨）用膠帶粘，層層剝離。（高定向熱解石墨）用膠帶粘，層層剝離。12對石墨晶體施加機(jī)械力，分離石墨烯對石墨晶體施加機(jī)械力，分離石墨烯第9頁/共19頁第十頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。CVD法法碳源在基體表面高溫分解生長石墨烯碳源在基體表面高溫分解生長石墨烯碳源碳源：烴類氣體，苯類。生長基體

5、生長基體：鎳，銅，氧化鎂，合金。生長條件生長條件：壓力，溫度（碳源分解溫度），載氣。滲碳析碳滲碳析碳表面生長表面生長兩種機(jī)制兩種機(jī)制第10頁/共19頁第十一頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。氧化還原法氧化還原法天然石墨與強(qiáng)酸氧化反應(yīng)生成氧化石墨，天然石墨與強(qiáng)酸氧化反應(yīng)生成氧化石墨，經(jīng)超生分散弄成單層，最后加還原經(jīng)超生分散弄成單層，最后加還原劑取掉含氧基團(tuán)。劑取掉含氧基團(tuán)。還原劑還原劑：水合肼，硼氫化鈉，對苯二酚。氧化劑氧化劑：高錳酸鉀，濃硫酸，過氧化氫。第11頁/共19頁第十二頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。溶劑剝離法溶劑剝離法將少量石墨分散于溶劑中，形成低濃度分散液，將少量石墨分散于溶劑中，形成低

6、濃度分散液，利用超聲波破壞石墨間層范德華力，溶劑進(jìn)入石墨利用超聲波破壞石墨間層范德華力，溶劑進(jìn)入石墨層間，最后剝離出單層石墨烯。層間，最后剝離出單層石墨烯。取向附生法取向附生法高溫把碳深入釕，降溫后碳浮到釕表面，高溫把碳深入釕，降溫后碳浮到釕表面，一層一層的長，最下面一層的碳與釕只有一層一層的長，最下面一層的碳與釕只有弱電偶和。弱電偶和。第12頁/共19頁第十三頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。加熱加熱SiC法法SiC外延法外延法加熱單晶加熱單晶6H-SiC脫出脫出Si，將氧氣或氫氣刻蝕處理，將氧氣或氫氣刻蝕處理的樣品在高真空下電子轟擊，去氧化物，后加熱的樣品在高真空下電子轟擊，去氧化物，后加熱到

7、到1250-1450度恒溫度恒溫1-20min。利用硅的高蒸汽壓在高與利用硅的高蒸汽壓在高與1400的高真空下使硅揮發(fā)，的高真空下使硅揮發(fā)，剩余碳重排形成石墨烯。剩余碳重排形成石墨烯。第13頁/共19頁第十四頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。機(jī)械分離法機(jī)械分離法 可以制備高質(zhì)量的石墨烯，但產(chǎn)率低，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。CVD法法質(zhì)量高，但條件要求高，需嚴(yán)格控制溫度和壓力，不經(jīng)濟(jì)。氧化還原法氧化還原法 產(chǎn)量高，成本低，可宏量制備，但是會帶來缺陷，影響性能，造成廢液污染。溶劑剝離法溶劑剝離法 可制備高質(zhì)量石墨烯，但是產(chǎn)率低。取向附生法取向附生法 石墨烯薄片厚薄不均，且與基體的粘結(jié)會影響性能。加熱加熱SiC法法產(chǎn)生缺陷，制備單一厚度的石墨烯有困難，且SiC比較貴。優(yōu)缺點(diǎn)對比優(yōu)缺點(diǎn)對比第14頁/共19頁第十五頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。至今為止還未找到既可以滿至今為止還未找到既可以滿足大規(guī)模生產(chǎn)，成本又低足大規(guī)模生產(chǎn)，成本又低(石石墨烯的價格現(xiàn)在是鉆石的墨烯的價格現(xiàn)在是鉆石的15倍倍)，而且生產(chǎn)出的石墨烯質(zhì)量又而且生產(chǎn)出的石墨烯質(zhì)量又高的方法。高的方法。因此對石墨烯生產(chǎn)因此對石墨烯生產(chǎn)工藝的研究已成為熱點(diǎn)。工藝的研究已成為熱點(diǎn)。第15頁/共19頁第十六頁，編輯于星期二：五點(diǎn) 八分。石墨烯的應(yīng)用石墨烯的應(yīng)用超級電容超級電容石墨烯手機(jī)石墨烯手機(jī)石墨烯鋼琴鍵盤石墨烯鋼琴鍵盤石墨烯晶體管石墨烯晶