環(huán)境材料-石墨烯-PPT模版

1、LOGO石墨烯石墨烯 世界上最世界上最薄最薄最堅硬的納米材料堅硬的納米材料LOGOLOGO目錄目錄12345石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯特性石墨烯特性石墨烯制備及產業(yè)化石墨烯制備及產業(yè)化石墨烯利用前景石墨烯利用前景石墨石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響烯對人類和環(huán)境的潛在影響LOGO石墨烯發(fā)現及石墨烯發(fā)現及簡介簡介 石墨烯（Graphene） 由碳原子以sp2雜化軌道組成 由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網 六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜 一個碳原子厚度 二維材料 基本結構單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學

2、家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。LOGO石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯發(fā)現及簡介 A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯的同素異形體石墨烯的同素異形體富勒烯富勒烯納米管納米管石墨石墨單層石墨烯單層石墨烯翹曲成零維翹曲成零維卷成一維卷成一維堆垛成三維堆垛成三維LOGO石墨烯發(fā)現及簡介石墨烯發(fā)現及簡介 A K Geim &

3、K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯特性石墨烯特性強度高強度高電阻率低電阻率低導熱系數高導熱系數高透光性好透光性好 room-temperature electron mobility of 2.5105cm2V1s1 a Youngs modulus of 1TPa and intrinsic strength of 130GPa very high thermal conductivity ，above 3000WmK1 optical absorption of exactly 2.3% complete im

4、permeability to any gases ability to sustain extremely high densities of electric current Readily chemically functionalizedK S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) 幾乎是完全透明的，只吸收幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光的光制成制成厚度厚度相當塑料相當塑料包裝袋厚包裝袋厚度的度的薄膜，能承受兩薄膜，能承受兩噸噸重物重物電子遷移速率快，達到光速電子遷移速率快，達到光速的的1/300導熱系數導熱系數高達；導熱系數高高達

5、；導熱系數高達達5300 W/（mK）結構穩(wěn)定結構穩(wěn)定外部外部機械機械力使碳力使碳原子原子面彎曲，面彎曲，原子原子不必重新排列來適應外力不必重新排列來適應外力LOGO石墨烯特性石墨烯特性雙雙電極電場效應電極電場效應手性量子霍爾效應手性量子霍爾效應石墨烯電學性能石墨烯電學性能 A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯制備及產業(yè)化石墨烯制備及產業(yè)化液相剝離液相剝離液相剝離（Liquid-phase exfoliation）：將少量的石墨分散于具有表面張力的溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的

6、作用破壞石墨層間的范德華力，此時溶劑可以插入石墨層間，進行層層剝離，制備出石墨烯。質量高、產率低?；瘜W氣相沉積化學氣相沉積化學氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）：以單晶鎳為基片的管狀簡易沉積爐，通入含碳氣體，其在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面，形成石墨烯，通過輕微的化學刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。成本高、工藝復雜。SiC合成合成SiC合成法（Synthesis on SiC）：將經氧氣或氫氣刻蝕處理得到的SiC在高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物，然后使樣品升溫至1000以上，Si升華形成石墨烯。成本高、操作溫度過高。LOGO石墨烯制備及

7、產業(yè)化石墨烯制備及產業(yè)化機械分離機械分離機械分離（Mechanical exfoliation）：最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來，如用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。產率低、僅供實驗研究。氧化還原法氧化還原法氧化還原（Oxidation-reduction）：將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨(GO)，經過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。宏量制備產生廢液污染、石墨烯品質不高存在缺

8、陷。取向附生取向附生法法取向附生（Epitaxy）：讓碳原子在 1150 下滲入釕，然后冷卻到850，之前吸收的大量碳原子就會“浮”到釕表面，鏡片形狀的單層碳原子“ 孤島” 布滿整個基質表面，最終生長成完整的一層石墨烯。成本高、厚度不均勻。LOGO石墨烯制備及產業(yè)化石墨烯制備及產業(yè)化K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景電子器件光學器件能量產生和儲存計量和感應器生物學應用其它用途LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (20

9、12) Graphene electronics中等品位的石墨烯：觸屏、可折疊電子紙、可折疊有機發(fā)光二極管（中等品位的石墨烯：觸屏、可折疊電子紙、可折疊有機發(fā)光二極管（LED燈）燈）高品位的石墨烯：高頻晶體管、邏輯晶體管、薄膜晶體管高品位的石墨烯：高頻晶體管、邏輯晶體管、薄膜晶體管LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) Photonics光學偏振控制器、光電探測器、光調制器、鎖模激光、太赫茲發(fā)生器等光學偏振控制器、光電探測器、光調制器、鎖模激光、太赫茲發(fā)生器等LOGO

10、石墨烯利用前景石墨烯利用前景Energy generation and storagesupercapacitor超級電容器超級電容器 固有的優(yōu)異導電性能 具備孔結構 耐高溫 抗氧化過程 高表面積的石墨烯電極用膜隔開；充電時，電解質中陰離子（白球和藍色球）和陽離子（紅色球）在石墨烯表面附近積累，形成雙電層太陽能電池太陽能電池鋰鋰離子離子電池電池超級超級電容器電容器LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Graphene for sensors and metrology諾基亞石墨烯光電傳感器諾基亞石墨烯光電傳感器石墨烯對環(huán)境變化極為敏感石墨烯對環(huán)境變化極為敏感 帶有石墨烯光電收集層的光電探測器，由

11、一系列手指狀的電極被安置在石墨烯收集層上，用來收集光子透過時產生的電子空洞，石墨烯納米帶作為場效應晶體管對隨之產生的電流進行放大，并將其轉移到相連的電子控制元件上。多層探測和放大層被互相疊放，以此來吸收和過濾相應顏色的光。LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Bioapplications基因測序基因測序藥物傳遞藥物傳遞 用石墨烯制成一個尺寸大約為DNA寬度的納米洞，讓DNA分子從中通過，測量DNA分子通過時產生的微小電壓差異，就可以知道是哪一個堿基正在通過納米洞。 通過調整石墨烯的親水親脂性能，使其與生物膜之間可以良好交互作用，達到藥物傳遞目的。LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Other

12、Uses 抗菌效用抗菌效用海水淡化海水淡化石墨烯石墨烯過濾器遠優(yōu)于其它海水淡化技術，與過濾器遠優(yōu)于其它海水淡化技術，與水分水分子分解發(fā)電技術結合，水、子分解發(fā)電技術結合，水、電可成為廉價產品電可成為廉價產品石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞而且不會傷害到人體細胞涂料涂料石墨烯基涂料可用于導電油墨，抗靜電，電磁石墨烯基涂料可用于導電油墨，抗靜電，電磁干擾屏蔽，和氣體阻隔的應用干擾屏蔽，和氣體阻隔的應用多孔材料多孔材料物理研究物理研究“碳海綿碳海綿”具備高彈性，被壓縮具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復原后仍可恢復原狀。它對

13、有機溶劑具有超快、超高的吸附力狀。它對有機溶劑具有超快、超高的吸附力電子在石墨烯里遵守相對論量子力學，沒有電子在石墨烯里遵守相對論量子力學，沒有靜質靜質量，幫助量，幫助物理學家在物理學家在量子力學領域量子力學領域取得新突破取得新突破LOGO石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響LOGO石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響 石墨烯納米粒子的鋸齒邊緣非常鋒利和強勁，能夠切開人體細胞并破壞其內容物。 石墨烯材料與人體細胞如何作用并不清楚。 當石墨烯被釋放到地表水中時，它的硬度會增大，吸附的的有機材料也更少，它很快就會變得不穩(wěn)定，既不能發(fā)生沉淀，也不能隨水的流動而被帶走。LOGO【參考文獻參考文獻】The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map fo