石墨烯教學(xué)講解課件

-正改變世界未來學(xué)生：導(dǎo)師：-正改變世界未來學(xué)生：1石墨烯神奇特性石墨烯新聞時訊石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯基本概念石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯2

鉛筆，誰都用過。小時候，學(xué)寫字，胖乎乎的手握著鉛筆，在作業(yè)本上留下一個個歪歪扭扭的漢字。石墨烯存在哪里？鉛筆，誰都用過。小時候，學(xué)寫字，胖乎乎的手握著鉛筆，3鉛筆筆芯的主要成分是石墨。所以，我們在作業(yè)本上每劃一筆，就是剝離了一層或者幾層石墨片。，鉛筆筆芯的主要成分是石墨。所以，我們在作業(yè)本上每劃一筆，就是4研究發(fā)現(xiàn),當石墨的堆垛原子層數(shù)少于10個單原子層時,石墨層就會具有與普通三維石墨不同的電子結(jié)構(gòu).一般將10層以下的石墨結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為石墨烯.單層石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)如下圖

所示,是由碳六元環(huán)組成的2D)周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu),厚度只有0.335nm,相當于頭發(fā)絲直徑的1/2萬.石墨烯的形態(tài)富勒烯，1996諾貝爾化學(xué)獎研究發(fā)現(xiàn),當石墨的堆垛原子層數(shù)少于10個單原子層時,石5石墨烯的基本知識C元素的同素異形體

石墨（Graphite）——層狀結(jié)構(gòu)，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列，上下相鄰層通過平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu)，位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。

金剛石（Diamond）——四面體結(jié)構(gòu)，四個碳原子占據(jù)四面體的頂點。石墨烯的基本知識C元素的同素異形體石墨（Gr6石墨烯的基本知識石墨烯C原子外層3個電子通過sp2雜化形成強σ鍵(藍)，相鄰兩個鍵之間夾角約為120°；第4個電子為公共，形成弱π鍵(紫)，為平面結(jié)構(gòu)。金剛石C原子外層四個電子通過sp3雜化，形成較強σ鍵，為四面體結(jié)構(gòu)，相鄰兩個鍵之間夾角約為109°。石墨烯的基本知識石墨烯金剛石7石墨烯的基本知識石墨烯的穩(wěn)定性石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，carbon-carbonbond僅為1.42埃米;。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。近期理論模擬和透射電鏡實驗結(jié)果給出了可能的解釋，即石墨烯平面上存在納米級別的微觀扭曲。NanoLetters,2009,9(5):2129-2132石墨烯在聚合物中的相變。a)加熱前；b)加熱后石墨烯的基本知識石墨烯的穩(wěn)定性NanoLetters,28二維的碳得來全不費功夫2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim教授、Novoselov博士和同事以微機械剝離法剝離層狀石墨，發(fā)現(xiàn)了二維碳原子平面結(jié)構(gòu)——石墨烯二維的碳2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim教授、Novosel92004年首次制成石墨烯材料。這是目前世界上最薄的材料，僅有一個原子厚。石墨烯的發(fā)現(xiàn)推翻了所謂“熱力學(xué)漲落不允許二維晶體在有限溫度下自由存在”的原有認知，震撼了整個物理界。2010年10月5日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將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A.K.Geim和K.S.Novoselov，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。2004年首次制成石墨烯材料。這是目前世界上最薄的材料，僅有10石墨烯基本概念石墨烯新聞時訊石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯神奇特性石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯11它是已發(fā)現(xiàn)強度最高的材料，比鉆石還堅硬，是最好的鋼鐵強度的100多倍。G制造天梯的材料？它是已發(fā)現(xiàn)強度最高的材料，比鉆石還堅硬，是最好的鋼鐵強度的112八大預(yù)言太空梯太空衛(wèi)士千年蟲通訊衛(wèi)星太空核動力預(yù)防地震大腦備份人體冷凍術(shù)八大預(yù)言太空梯太空衛(wèi)士千年蟲通訊衛(wèi)星太空核動力預(yù)防地震13《天堂的噴泉》講述了兩千年前，在赤道附近的島國塔普羅巴尼發(fā)生了一場血腥的宮廷政變，暴君卡利達薩借機上臺。此人并不滿足于人間的歡樂，他要在高山之巔建造天國，向天神挑戰(zhàn)，由是誕生了“天堂的噴泉”?？邓固苟　R奧爾科夫斯基“天梯”作為一個科學(xué)概念，最早是于1895年、、、《天堂的噴泉》講述了兩千年前，在赤道附近的島國塔普羅巴尼發(fā)生142002年，美國登月計劃參與者之一的BradEdward博士，在華盛頓創(chuàng)建了Li集團，正在以齊奧爾科夫斯基的構(gòu)想來實現(xiàn)人類“一步登天”的偉大夢想。貨倉結(jié)構(gòu)想象圖平衡錘和天梯構(gòu)造模型碳納米管石墨烯2002年，美國登月計劃參與者之一的BradEdward博15我們把天梯簡化為一條具有均勻的橫截面積和質(zhì)量分布，兩端均無約束的長線，依靠地球重力繞地球相同角速度的圓周運動。由虛功原理可算出：L=140000km;即理想狀態(tài)下天梯的長度為14萬千米。接著我們來討論天梯的建筑材料：這個張力與線密度之比的數(shù)值遠大于我們熟知的材料（例如鋼為3×106,碳為2×106

），而石墨烯，前面提到過，強度在鋼的200倍以上，可以達到6×107以上，因此可以說制造天梯從原理上是完全可行的。既然要制造太空梯，用什么材料來建呢？我們把天梯簡化為一條具有均勻的橫截面積和質(zhì)量分布，兩端均無約16

它是地球上已發(fā)現(xiàn)的最薄材料，用肉眼是看不見石墨烯的。=10萬它是地球上已發(fā)現(xiàn)的最薄材料，用肉眼是看不見石墨172nm厚的石墨烯薄膜，透過率超過95%氧化銦錫屏幕VS石墨烯屏幕銦錫氧化物薄膜電阻的典型值為40Ω/sq，可見光透過率大約為80%用氧化還原法制備的還原氧化石墨薄膜厚度小于3nm，可見光透過率大于90%?，F(xiàn)有手機觸摸屏的工作層中不可缺少的材料為陶瓷材料氧化銦錫。氧化銦錫的價格高、用量大、易碎、有毒性（與鉛的毒性可比）。2nm厚的石墨烯薄膜，透過率超過95%氧化銦錫屏幕VS石墨烯18用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只4千克的貓，而且是一只懸停在半空中的貓。用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只4千克的貓，而且是一只懸停19

石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測到。這個行為已被科學(xué)家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有靜質(zhì)量。

導(dǎo)電性最好的材料，載流子（電子）在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度（非常高的電子遷移率）。

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，當施加外部機械力時，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。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍20石墨烯是電阻率最小的材料它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。=100萬銅導(dǎo)線:傳輸速度最高可達100兆10個石墨烯調(diào)制器:傳輸速度可以達到1T石墨烯是電阻率最小的材料它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都21網(wǎng)速提高一萬倍，一秒鐘可以下載十部電影網(wǎng)速提高一萬倍，一秒鐘可以下載十部電影22超級電容場效應(yīng)晶體管發(fā)光二極管的電極材料鋰離子電池正極材料超級電容23石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯新聞時訊石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯24不得了的石墨烯2008年01月09日

深圳特區(qū)報美華裔科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最高強度物質(zhì)美國機械工程師用一種形象的方法解釋了石墨烯的強度：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。不得了的石墨烯2008年01月09日深圳特區(qū)報美華裔科學(xué)家25不得了的石墨烯美華裔科學(xué)家將讓網(wǎng)速快萬倍將石墨烯鋪展在一個硅波導(dǎo)管的頂部，建造出了這款能打開或關(guān)閉光束的光調(diào)制器(調(diào)制器是控制數(shù)據(jù)傳輸速度的關(guān)鍵)，把電子信號轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號傳輸數(shù)字信息。2011年05月24日

溫州都市報不得了的石墨烯美華裔科學(xué)家將讓網(wǎng)速快萬倍2011年05月2426不得了的石墨烯2011年09月01日

科技日報英將石墨烯聚光能力提高20倍科學(xué)家通過將石墨烯和納米金屬結(jié)構(gòu)耦合在一起，并將金屬結(jié)構(gòu)采用特殊的排列方法置于石墨烯上解決了這個問題。這種所謂的等離子體納米結(jié)構(gòu)顯著增強了能被石墨烯感應(yīng)的光電場，并能有效地將光集中在石墨烯上，將石墨烯的聚光性能提高了20倍，而且其數(shù)據(jù)處理速度沒有受到絲毫影響。不得了的石墨烯2011年09月01日科技日報英將石墨烯聚光27不得了的石墨烯全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏研制成功江南石墨烯研究院對外發(fā)布，全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。2012年01月11日

科技日報不得了的石墨烯全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏研制成功201228不得了的石墨烯2013年01月23日

重慶日報國內(nèi)首片15英寸單層石墨烯在渝問世中科院重慶研究院已經(jīng)在銅箔襯底上生長出15英寸的均勻單層石墨烯,并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性PET襯底上和其他基底表面,并且通過進一步應(yīng)用,還制備出了7英寸的石墨烯觸摸屏。不得了的石墨烯2013年01月23日重慶日報國內(nèi)首片15英29不得了的石墨烯2013年02月05日

揚子晚報石墨烯—諾基亞的救命稻草在諾基亞研究中心的官方網(wǎng)站上，有這樣一條消息：今年1月28日開始，歐盟將在接下來的10年間投入10億歐元，贊助石墨烯材料的研發(fā)工作。

未來的諾基亞手機應(yīng)該不能用來敲核桃了。不得了的石墨烯2013年02月05日揚子晚報石墨烯—諾基亞30不得了的石墨烯2013年03月14日

證券時報一分鐘內(nèi)給手機充電目前，美國科學(xué)家最新研制一種超級電池，它們被稱為微型石墨烯超級電容，其充電和放電速度比普通電池快1000倍。不得了的石墨烯2013年03月14日證券時報一分鐘內(nèi)給手機31不得了的石墨烯2013年03月19日

中國日報美防務(wù)企業(yè)研發(fā)低成本石墨烯海水淡化技術(shù)

單層石墨烯薄片僅有1個原子的厚度，水分子可穿過石墨烯薄片中僅有1納米寬的空隙，而構(gòu)成鹽主要成分的鈉離子和氯離子則被阻擋在外。美國著名防務(wù)企業(yè)——洛克希德氠丁公司希望在2013年年底之前研發(fā)出石墨烯海水過濾裝置原型樣機。不得了的石墨烯2013年03月19日中國日報美防務(wù)企業(yè)研發(fā)32不得了的石墨烯2013年03月14日

威鋒網(wǎng)世界首款配備石墨烯薄膜耳機原型問世加州大學(xué)伯克利分校的研究人員研發(fā)了一款以石墨烯作為薄膜材料的耳機。通常，大部分的耳機都需要人造阻尼材料，但由于石墨烯良好的物理性，使得這層石墨烯薄膜并不需要人為阻尼，它依靠空氣，使得耳機的振動頻率非常出色。

不得了的石墨烯2013年03月14日威鋒網(wǎng)世界首款配備石墨33不得了的石墨烯2013年03月18日

浙江日報浙大刷新超輕材料世界紀錄該校高分子系高超教授的課題組制備出了一種0.16毫克/立方厘米的超輕氣凝膠，它刷新了目前世界上最輕固態(tài)材料0.18毫克/立方厘米的紀錄。不但低于空氣的密度，也低于氦氣的密度。可以用來處理海上原油泄漏事件，還可能成為理想的儲能保溫材料、催化劑載體及高效復(fù)合材料，有廣闊前景。不得了的石墨烯2013年03月18日浙江日報浙大刷新超輕材34不得了的石墨烯2013年03月20日

華西都市報炒作再起石墨烯三劍客聯(lián)手漲停石墨烯雖然距離商用還很遙遠，但在資本市場卻是火熱的品種，但凡有一點風(fēng)吹草動就能引發(fā)股價的異動。昨日，石墨烯概念股新華錦、中鋼吉炭、華麗家族集體漲停，金路集團漲幅超過了7%。不得了的石墨烯2013年03月20日華西都市報炒作再起石35石墨烯研究進展石墨烯新聞時訊矯正型公關(guān)溝通石墨烯制備方法石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯石墨烯矯正型石墨烯石墨烯石墨烯36石墨烯的制備方法石墨烯的制備方法37石墨烯的制備方法HOPG微機械剝離法

利用手工或超聲的方法將高取向性高溫?zé)峤馐?HOPG)逐層剝離，缺點是效率低、無法大面積，優(yōu)點是層數(shù)可控，尤其可得到單層石墨烯。如果采用超聲剝離技術(shù)，可以提高效率和成品率Nanotechnology,2008,19:455601石墨烯的制備方法HOPG微機械剝離法如果采用超聲剝離技術(shù)，可381960年，當時委內(nèi)瑞拉電鏡學(xué)家試圖尋找一種具有足夠強度的、對電子束透明的并且質(zhì)地均一的材料作為樣品的支持膜，他成功地從石墨晶體中剝離出了厚度為5nm(約15層石墨烯)的石墨片層1990年以后，隨著富勒烯和碳納米管的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于石墨烯的研究再次興起。研究者發(fā)現(xiàn)當原子力顯微鏡(AFM)的探頭在高定向熱解石墨(HOPG)的表面摩擦后，可以掀起厚度在4nm左右的石墨烯納米帶并可以將其HOPG的表面上折成幾折1999年，RodneyS.Ruoff等將HOPG上刻蝕出的石墨柱在硅襯底上涂抹，得到了厚度小于10nm的石墨片層1960年，當時委內(nèi)瑞拉電鏡學(xué)家試圖尋找一種具有足夠強度的39PhilipKim在HOPG的表面上刻蝕出石墨柱之后，用精密操作手將其轉(zhuǎn)移到AFM的懸臂上固定好，然后以懸臂上安裝的石墨柱為針尖，在SiO2/Si襯底上進行接觸模式(ContactMode)下的操作。在將HOPG上刻蝕出石墨柱的一面壓在涂有1μm厚濕光刻膠的玻璃片上，烘烤后這些石墨柱就留在了光刻膠上，從而實現(xiàn)了與HOPG的分離，然后用透明膠帶從光刻膠上反復(fù)的剝離，最后用丙酮將光刻膠溶解，留在光刻膠上的較薄的石墨烯片層也即分散在了丙酮溶液中。將SiO2/Si襯底在丙酮溶液中浸過后，再用大量的水和丙醇沖洗襯底，一部分石片層就留在了襯底上，然后將襯底在丙醇中超聲，最后留在襯底上的基本上都是厚度小于10nm的片層，其中就有單層的石墨烯。PhilipKim在HOPG的表面上刻蝕出石墨柱之后，40攪拌球磨臼式研磨行星球磨厚度在10nm以下，相對完好的晶體結(jié)構(gòu)，但的剪切力不足。厚度為1nm左右，，可以認為這是單層石墨烯的厚度。行星球磨對粉體也提供沖擊力和剪切力兩種類型的作用。厚度在2.5nm左右。攪拌球磨臼式研磨行星球磨厚度在10nm以下，相對完好的晶41石墨烯的制備方法SiC襯底高溫?zé)峤夥?/p>

超高真空(10-10Torr)下對SiC襯底氧化或氫化處理，加熱至1200~1500℃，通過超高真空高溫加熱單晶SiC脫除Si,再降溫冷卻C原子重構(gòu)生成石墨烯片層。優(yōu)點是可得到單層和雙層石墨烯，缺點是成本高、均勻性差，Si面形成單層或少層片狀石墨烯，C面形成多層石墨烯。轉(zhuǎn)移到SiO2/Si基片(a)和玻璃板(b)上的石墨烯薄膜BergerC,SongZ,LiX,etal.Electronicconfinementandcoherenceinpatternedepitaxialgraphene.Science,2006,312(5777):1191?1196.石墨烯的制備方法SiC襯底高溫?zé)峤夥ㄞD(zhuǎn)移到SiO2/Si基42石墨烯的制備方法過渡族金屬襯底CVD法首先沉積一層過渡族金屬(如Fe、Cu、Ni、Pt、Au、Ru、Ir等)薄膜作為襯底，利用其與C的高溫固溶，然后冷卻析出，再表面重構(gòu)，形成石墨烯。優(yōu)點是有利于大面積晶圓級石墨烯生長；缺點是層數(shù)精確控制較難，需要進行金屬襯底剝離和襯底轉(zhuǎn)移。Nature,Letters,2009,457:07719石墨烯的制備方法過渡族金屬襯底CVD法首先沉43石墨烯的制備方法氧化-分散-還原法將石墨氧化后分散(超聲、高速離心)到溶液中得到前體，再用還原劑還原得到單層或多層石墨烯。優(yōu)點是成本低廉，缺點是可控性差，生產(chǎn)率低，石墨烯中含氧功能團多，導(dǎo)電性差。石墨烯的制備方法氧化-分散-還原法將石墨氧化44石墨烯的制備方法石墨烯主要制備方法比較工藝名稱優(yōu)點缺點適用范圍微機械剝離工藝簡單，可得到單層手工、費時，面積小，無法批量生產(chǎn)基礎(chǔ)研究或者原型器件SiC高溫?zé)峤饧兌雀撸稍槐O(jiān)控，可大面積生長，無需襯底轉(zhuǎn)移均勻性較差，不同原子截止面性質(zhì)差異明顯，成本高昂高性能的電子器件，晶圓級CVD外延可實現(xiàn)大面積生長，可控性較好需過渡族金屬催化，必須襯底轉(zhuǎn)移高性能電子器件晶圓級化學(xué)分離工藝簡單，可控性較好無法大面積，含氧功能團降低性能基礎(chǔ)研究或小型器件在上述制備方法中，超聲剝離、SiC高溫?zé)峤夂虲VD-襯底轉(zhuǎn)移三種方法被認為最有希望實現(xiàn)大面積晶圓級石墨烯的制備，使得石墨烯最終替代Si，成為延續(xù)摩爾定律的下一代半導(dǎo)體材料。石墨烯的制備方法石墨烯主要制備方法比較工藝名稱優(yōu)點缺點適用范45石墨烯制備方法石墨烯新聞時訊石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯研究進展石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯46石墨烯的研究進展石墨烯的研究進展47陰極反應(yīng)：2H2O+O2+4e-4OH-陽極反應(yīng)：CuCu2++2e-新型石墨烯涂層使金屬耐腐蝕性提高百倍SinghRamanRK,ChakrabortyBanerjeeP,LoboDE,etal.Protectingcopperfromelectrochemicaldegradationbygraphenecoating[J].Carbon,2012,50(11):4040-4045.“化學(xué)氣相沉積”技術(shù)特殊領(lǐng)域中超薄防腐涂層更有利于產(chǎn)品的使用，如一些微電子組件，太陽能電池，氣體傳感器等領(lǐng)域。陽極保護：當金屬的電位達到某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程就會得到有效抑制。C的電勢是+0.517V,Cu的電勢是+0.342V防止金屬腐蝕是一個很嚴重的全球性問題陰極反應(yīng)：2H2O+O2+4e-4O48石墨烯的研究進展該涂料不僅具有環(huán)氧富鋅涂料的陰極保護效應(yīng)、玻璃鱗片涂料的屏蔽效應(yīng)，更具有韌性好、附著力強、耐水性好、硬度高等特點，防腐性能超越現(xiàn)有重防腐涂料，是一款新型的優(yōu)質(zhì)高效產(chǎn)品。石墨烯改性防腐涂料石墨烯的研究進展該涂料不僅具有環(huán)氧富鋅涂料的陰極保護效應(yīng)、玻49石墨烯的研究進展

單層碳原子結(jié)構(gòu)有應(yīng)用于涂料的可能性：作為非侵入式涂料的非可見組成部分，作為一種聚集能量的智能皮膚，以及制成防污漆。常用的聚合物涂層很容易被刮傷，降低了保護性能；而石墨烯來做保護膜，顯著延緩了金屬的腐蝕速度，更加堅固抗損傷。石墨烯不僅是電子產(chǎn)業(yè)的新星，應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)的前途也不可限量。其應(yīng)用方向：海洋防腐、金屬防腐、重防腐等領(lǐng)域。

石墨烯的研究進展單層碳原子結(jié)構(gòu)有應(yīng)用于涂料的50石墨烯改性散熱涂料

石墨烯改性散熱涂料具有高的熱導(dǎo)率，輻射率和較大的散熱表面積，能夠以1-13.5

m波長形式發(fā)射走物體上的熱量，降低物體表面和內(nèi)部溫度。其研制生產(chǎn)的柔性石墨烯散熱薄膜能幫助現(xiàn)有筆記本電腦、智能手機、LED顯示屏等，石墨烯能有助于大大提升散熱性能。石墨烯改性散熱涂料石墨烯改性散熱涂料具有高的51曾給文學(xué)家冰心留下美好的童年回憶啟發(fā)過科學(xué)家牛頓揭示了牛頓環(huán)現(xiàn)象提出以泡泡膜為模板拼接石墨烯薄膜“泡泡”拼接出的石墨烯薄膜曾給文學(xué)家冰心留下美好的童年回憶啟發(fā)過科學(xué)家牛頓揭示了牛頓環(huán)52泡泡總是要破的？氣泡表面活性劑水薄膜在干燥過程中，伴隨水分蒸發(fā)，相互聚集的表面活性劑分子將僅僅依靠線性分子間引力來維持平衡，而親水端由于帶相同電荷而存在靜電排斥，這些都增加了泡泡干燥獲得穩(wěn)定的雙分子層膜的難度。若將活性劑換成氧化石墨烯，就可以獲得石墨烯薄膜材料“泡泡”拼接出的石墨烯薄膜泡泡總是要破的？氣泡表面活性劑水薄膜在干燥過程中，伴隨水分蒸53活性劑薄膜氧化石墨烯薄膜碘化氫還原處理71.2%透光率“泡泡”拼接出的石墨烯薄膜活性劑薄膜氧化石墨烯薄膜碘化氫還原處理71.2%透光率“泡泡54爬行健將足部纖維結(jié)構(gòu)TEM切面圖甲蟲和樹蛙為什么能將足部保持附著在水下樹葉上？仿生方法生長石墨烯[1]FederleW,BarnesWJP,BaumgartnerW,etal.Wetbutnotslippery:boundaryfrictionintreefrogadhesivetoepads[J].JournaloftheRoyalSocietyInterface,2006,3(10):689-697.爬行健將足部纖維結(jié)構(gòu)TEM切面圖甲蟲和樹蛙為什么能將足部保持55這些毛細管橋是由一些泡泡結(jié)構(gòu)形成的，類似于甲蟲和樹蛙附著在水下樹葉上的足部周圍的氣泡。銅催化劑層硅襯底毛細管橋多數(shù)半導(dǎo)體器件需要在硬質(zhì)襯底如硅或石英上進行操作，因此，在硅晶圓上生長石墨烯薄膜，對于許多光電應(yīng)用而言非常必要。GaoL,NiGX,LiuY,etal.Face-to-facetransferofwafer-scalegraphenefilms[J].Nature,2013.仿生方法在硅襯底上生長石墨烯這些毛細管橋是由一些泡泡結(jié)構(gòu)形成的，類似于甲蟲和樹蛙附著在水56石墨烯的研究進展石墨烯的研究進展57美研制石墨烯新超級電池幾秒內(nèi)完成充電2011年09月01日

科技日報美研制石墨烯新超級電池幾秒內(nèi)完成充電2011年09月01日58經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe寫在最后經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量寫59謝謝你的到來學(xué)習(xí)并沒有結(jié)束，希望大家繼續(xù)努力LearningIsNotOver.IHopeYouWillContinueToWorkHard演講人：XXXXXX時間：XX年XX月XX日

謝謝你的到來演講人：XXXXXX60-正改變世界未來學(xué)生：導(dǎo)師：-正改變世界未來學(xué)生：61石墨烯神奇特性石墨烯新聞時訊石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯基本概念石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯62

鉛筆，誰都用過。小時候，學(xué)寫字，胖乎乎的手握著鉛筆，在作業(yè)本上留下一個個歪歪扭扭的漢字。石墨烯存在哪里？鉛筆，誰都用過。小時候，學(xué)寫字，胖乎乎的手握著鉛筆，63鉛筆筆芯的主要成分是石墨。所以，我們在作業(yè)本上每劃一筆，就是剝離了一層或者幾層石墨片。，鉛筆筆芯的主要成分是石墨。所以，我們在作業(yè)本上每劃一筆，就是64研究發(fā)現(xiàn),當石墨的堆垛原子層數(shù)少于10個單原子層時,石墨層就會具有與普通三維石墨不同的電子結(jié)構(gòu).一般將10層以下的石墨結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為石墨烯.單層石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)如下圖

所示,是由碳六元環(huán)組成的2D)周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu),厚度只有0.335nm,相當于頭發(fā)絲直徑的1/2萬.石墨烯的形態(tài)富勒烯，1996諾貝爾化學(xué)獎研究發(fā)現(xiàn),當石墨的堆垛原子層數(shù)少于10個單原子層時,石65石墨烯的基本知識C元素的同素異形體

石墨（Graphite）——層狀結(jié)構(gòu)，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列，上下相鄰層通過平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu)，位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。

金剛石（Diamond）——四面體結(jié)構(gòu)，四個碳原子占據(jù)四面體的頂點。石墨烯的基本知識C元素的同素異形體石墨（Gr66石墨烯的基本知識石墨烯C原子外層3個電子通過sp2雜化形成強σ鍵(藍)，相鄰兩個鍵之間夾角約為120°；第4個電子為公共，形成弱π鍵(紫)，為平面結(jié)構(gòu)。金剛石C原子外層四個電子通過sp3雜化，形成較強σ鍵，為四面體結(jié)構(gòu)，相鄰兩個鍵之間夾角約為109°。石墨烯的基本知識石墨烯金剛石67石墨烯的基本知識石墨烯的穩(wěn)定性石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，carbon-carbonbond僅為1.42埃米;。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。近期理論模擬和透射電鏡實驗結(jié)果給出了可能的解釋，即石墨烯平面上存在納米級別的微觀扭曲。NanoLetters,2009,9(5):2129-2132石墨烯在聚合物中的相變。a)加熱前；b)加熱后石墨烯的基本知識石墨烯的穩(wěn)定性NanoLetters,268二維的碳得來全不費功夫2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim教授、Novoselov博士和同事以微機械剝離法剝離層狀石墨，發(fā)現(xiàn)了二維碳原子平面結(jié)構(gòu)——石墨烯二維的碳2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim教授、Novosel692004年首次制成石墨烯材料。這是目前世界上最薄的材料，僅有一個原子厚。石墨烯的發(fā)現(xiàn)推翻了所謂“熱力學(xué)漲落不允許二維晶體在有限溫度下自由存在”的原有認知，震撼了整個物理界。2010年10月5日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將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A.K.Geim和K.S.Novoselov，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。2004年首次制成石墨烯材料。這是目前世界上最薄的材料，僅有70石墨烯基本概念石墨烯新聞時訊石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯神奇特性石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯71它是已發(fā)現(xiàn)強度最高的材料，比鉆石還堅硬，是最好的鋼鐵強度的100多倍。G制造天梯的材料？它是已發(fā)現(xiàn)強度最高的材料，比鉆石還堅硬，是最好的鋼鐵強度的172八大預(yù)言太空梯太空衛(wèi)士千年蟲通訊衛(wèi)星太空核動力預(yù)防地震大腦備份人體冷凍術(shù)八大預(yù)言太空梯太空衛(wèi)士千年蟲通訊衛(wèi)星太空核動力預(yù)防地震73《天堂的噴泉》講述了兩千年前，在赤道附近的島國塔普羅巴尼發(fā)生了一場血腥的宮廷政變，暴君卡利達薩借機上臺。此人并不滿足于人間的歡樂，他要在高山之巔建造天國，向天神挑戰(zhàn)，由是誕生了“天堂的噴泉”?？邓固苟　R奧爾科夫斯基“天梯”作為一個科學(xué)概念，最早是于1895年、、、《天堂的噴泉》講述了兩千年前，在赤道附近的島國塔普羅巴尼發(fā)生742002年，美國登月計劃參與者之一的BradEdward博士，在華盛頓創(chuàng)建了Li集團，正在以齊奧爾科夫斯基的構(gòu)想來實現(xiàn)人類“一步登天”的偉大夢想。貨倉結(jié)構(gòu)想象圖平衡錘和天梯構(gòu)造模型碳納米管石墨烯2002年，美國登月計劃參與者之一的BradEdward博75我們把天梯簡化為一條具有均勻的橫截面積和質(zhì)量分布，兩端均無約束的長線，依靠地球重力繞地球相同角速度的圓周運動。由虛功原理可算出：L=140000km;即理想狀態(tài)下天梯的長度為14萬千米。接著我們來討論天梯的建筑材料：這個張力與線密度之比的數(shù)值遠大于我們熟知的材料（例如鋼為3×106,碳為2×106

），而石墨烯，前面提到過，強度在鋼的200倍以上，可以達到6×107以上，因此可以說制造天梯從原理上是完全可行的。既然要制造太空梯，用什么材料來建呢？我們把天梯簡化為一條具有均勻的橫截面積和質(zhì)量分布，兩端均無約76

它是地球上已發(fā)現(xiàn)的最薄材料，用肉眼是看不見石墨烯的。=10萬它是地球上已發(fā)現(xiàn)的最薄材料，用肉眼是看不見石墨772nm厚的石墨烯薄膜，透過率超過95%氧化銦錫屏幕VS石墨烯屏幕銦錫氧化物薄膜電阻的典型值為40Ω/sq，可見光透過率大約為80%用氧化還原法制備的還原氧化石墨薄膜厚度小于3nm，可見光透過率大于90%?，F(xiàn)有手機觸摸屏的工作層中不可缺少的材料為陶瓷材料氧化銦錫。氧化銦錫的價格高、用量大、易碎、有毒性（與鉛的毒性可比）。2nm厚的石墨烯薄膜，透過率超過95%氧化銦錫屏幕VS石墨烯78用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只4千克的貓，而且是一只懸停在半空中的貓。用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只4千克的貓，而且是一只懸停79

石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測到。這個行為已被科學(xué)家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有靜質(zhì)量。

導(dǎo)電性最好的材料，載流子（電子）在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度（非常高的電子遷移率）。

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，當施加外部機械力時，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。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍80石墨烯是電阻率最小的材料它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。=100萬銅導(dǎo)線:傳輸速度最高可達100兆10個石墨烯調(diào)制器:傳輸速度可以達到1T石墨烯是電阻率最小的材料它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都81網(wǎng)速提高一萬倍，一秒鐘可以下載十部電影網(wǎng)速提高一萬倍，一秒鐘可以下載十部電影82超級電容場效應(yīng)晶體管發(fā)光二極管的電極材料鋰離子電池正極材料超級電容83石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯制備方法石墨烯研究進展石墨烯新聞時訊石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯84不得了的石墨烯2008年01月09日

深圳特區(qū)報美華裔科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最高強度物質(zhì)美國機械工程師用一種形象的方法解釋了石墨烯的強度：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。不得了的石墨烯2008年01月09日深圳特區(qū)報美華裔科學(xué)家85不得了的石墨烯美華裔科學(xué)家將讓網(wǎng)速快萬倍將石墨烯鋪展在一個硅波導(dǎo)管的頂部，建造出了這款能打開或關(guān)閉光束的光調(diào)制器(調(diào)制器是控制數(shù)據(jù)傳輸速度的關(guān)鍵)，把電子信號轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號傳輸數(shù)字信息。2011年05月24日

溫州都市報不得了的石墨烯美華裔科學(xué)家將讓網(wǎng)速快萬倍2011年05月2486不得了的石墨烯2011年09月01日

科技日報英將石墨烯聚光能力提高20倍科學(xué)家通過將石墨烯和納米金屬結(jié)構(gòu)耦合在一起，并將金屬結(jié)構(gòu)采用特殊的排列方法置于石墨烯上解決了這個問題。這種所謂的等離子體納米結(jié)構(gòu)顯著增強了能被石墨烯感應(yīng)的光電場，并能有效地將光集中在石墨烯上，將石墨烯的聚光性能提高了20倍，而且其數(shù)據(jù)處理速度沒有受到絲毫影響。不得了的石墨烯2011年09月01日科技日報英將石墨烯聚光87不得了的石墨烯全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏研制成功江南石墨烯研究院對外發(fā)布，全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。2012年01月11日

科技日報不得了的石墨烯全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏研制成功201288不得了的石墨烯2013年01月23日

重慶日報國內(nèi)首片15英寸單層石墨烯在渝問世中科院重慶研究院已經(jīng)在銅箔襯底上生長出15英寸的均勻單層石墨烯,并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性PET襯底上和其他基底表面,并且通過進一步應(yīng)用,還制備出了7英寸的石墨烯觸摸屏。不得了的石墨烯2013年01月23日重慶日報國內(nèi)首片15英89不得了的石墨烯2013年02月05日

揚子晚報石墨烯—諾基亞的救命稻草在諾基亞研究中心的官方網(wǎng)站上，有這樣一條消息：今年1月28日開始，歐盟將在接下來的10年間投入10億歐元，贊助石墨烯材料的研發(fā)工作。

未來的諾基亞手機應(yīng)該不能用來敲核桃了。不得了的石墨烯2013年02月05日揚子晚報石墨烯—諾基亞90不得了的石墨烯2013年03月14日

證券時報一分鐘內(nèi)給手機充電目前，美國科學(xué)家最新研制一種超級電池，它們被稱為微型石墨烯超級電容，其充電和放電速度比普通電池快1000倍。不得了的石墨烯2013年03月14日證券時報一分鐘內(nèi)給手機91不得了的石墨烯2013年03月19日

中國日報美防務(wù)企業(yè)研發(fā)低成本石墨烯海水淡化技術(shù)

單層石墨烯薄片僅有1個原子的厚度，水分子可穿過石墨烯薄片中僅有1納米寬的空隙，而構(gòu)成鹽主要成分的鈉離子和氯離子則被阻擋在外。美國著名防務(wù)企業(yè)——洛克希德氠丁公司希望在2013年年底之前研發(fā)出石墨烯海水過濾裝置原型樣機。不得了的石墨烯2013年03月19日中國日報美防務(wù)企業(yè)研發(fā)92不得了的石墨烯2013年03月14日

威鋒網(wǎng)世界首款配備石墨烯薄膜耳機原型問世加州大學(xué)伯克利分校的研究人員研發(fā)了一款以石墨烯作為薄膜材料的耳機。通常，大部分的耳機都需要人造阻尼材料，但由于石墨烯良好的物理性，使得這層石墨烯薄膜并不需要人為阻尼，它依靠空氣，使得耳機的振動頻率非常出色。

不得了的石墨烯2013年03月14日威鋒網(wǎng)世界首款配備石墨93不得了的石墨烯2013年03月18日

浙江日報浙大刷新超輕材料世界紀錄該校高分子系高超教授的課題組制備出了一種0.16毫克/立方厘米的超輕氣凝膠，它刷新了目前世界上最輕固態(tài)材料0.18毫克/立方厘米的紀錄。不但低于空氣的密度，也低于氦氣的密度?？梢杂脕硖幚砗Ｉ显托孤┦录?，還可能成為理想的儲能保溫材料、催化劑載體及高效復(fù)合材料，有廣闊前景。不得了的石墨烯2013年03月18日浙江日報浙大刷新超輕材94不得了的石墨烯2013年03月20日

華西都市報炒作再起石墨烯三劍客聯(lián)手漲停石墨烯雖然距離商用還很遙遠，但在資本市場卻是火熱的品種，但凡有一點風(fēng)吹草動就能引發(fā)股價的異動。昨日，石墨烯概念股新華錦、中鋼吉炭、華麗家族集體漲停，金路集團漲幅超過了7%。不得了的石墨烯2013年03月20日華西都市報炒作再起石95石墨烯研究進展石墨烯新聞時訊矯正型公關(guān)溝通石墨烯制備方法石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯石墨烯矯正型石墨烯石墨烯石墨烯96石墨烯的制備方法石墨烯的制備方法97石墨烯的制備方法HOPG微機械剝離法

利用手工或超聲的方法將高取向性高溫?zé)峤馐?HOPG)逐層剝離，缺點是效率低、無法大面積，優(yōu)點是層數(shù)可控，尤其可得到單層石墨烯。如果采用超聲剝離技術(shù)，可以提高效率和成品率Nanotechnology,2008,19:455601石墨烯的制備方法HOPG微機械剝離法如果采用超聲剝離技術(shù)，可981960年，當時委內(nèi)瑞拉電鏡學(xué)家試圖尋找一種具有足夠強度的、對電子束透明的并且質(zhì)地均一的材料作為樣品的支持膜，他成功地從石墨晶體中剝離出了厚度為5nm(約15層石墨烯)的石墨片層1990年以后，隨著富勒烯和碳納米管的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于石墨烯的研究再次興起。研究者發(fā)現(xiàn)當原子力顯微鏡(AFM)的探頭在高定向熱解石墨(HOPG)的表面摩擦后，可以掀起厚度在4nm左右的石墨烯納米帶并可以將其HOPG的表面上折成幾折1999年，RodneyS.Ruoff等將HOPG上刻蝕出的石墨柱在硅襯底上涂抹，得到了厚度小于10nm的石墨片層1960年，當時委內(nèi)瑞拉電鏡學(xué)家試圖尋找一種具有足夠強度的99PhilipKim在HOPG的表面上刻蝕出石墨柱之后，用精密操作手將其轉(zhuǎn)移到AFM的懸臂上固定好，然后以懸臂上安裝的石墨柱為針尖，在SiO2/Si襯底上進行接觸模式(ContactMode)下的操作。在將HOPG上刻蝕出石墨柱的一面壓在涂有1μm厚濕光刻膠的玻璃片上，烘烤后這些石墨柱就留在了光刻膠上，從而實現(xiàn)了與HOPG的分離，然后用透明膠帶從光刻膠上反復(fù)的剝離，最后用丙酮將光刻膠溶解，留在光刻膠上的較薄的石墨烯片層也即分散在了丙酮溶液中。將SiO2/Si襯底在丙酮溶液中浸過后，再用大量的水和丙醇沖洗襯底，一部分石片層就留在了襯底上，然后將襯底在丙醇中超聲，最后留在襯底上的基本上都是厚度小于10nm的片層，其中就有單層的石墨烯。PhilipKim在HOPG的表面上刻蝕出石墨柱之后，100攪拌球磨臼式研磨行星球磨厚度在10nm以下，相對完好的晶體結(jié)構(gòu)，但的剪切力不足。厚度為1nm左右，，可以認為這是單層石墨烯的厚度。行星球磨對粉體也提供沖擊力和剪切力兩種類型的作用。厚度在2.5nm左右。攪拌球磨臼式研磨行星球磨厚度在10nm以下，相對完好的晶101石墨烯的制備方法SiC襯底高溫?zé)峤夥?/p>

超高真空(10-10Torr)下對SiC襯底氧化或氫化處理，加熱至1200~1500℃，通過超高真空高溫加熱單晶SiC脫除Si,再降溫冷卻C原子重構(gòu)生成石墨烯片層。優(yōu)點是可得到單層和雙層石墨烯，缺點是成本高、均勻性差，Si面形成單層或少層片狀石墨烯，C面形成多層石墨烯。轉(zhuǎn)移到SiO2/Si基片(a)和玻璃板(b)上的石墨烯薄膜BergerC,SongZ,LiX,etal.Electronicconfinementandcoherenceinpatternedepitaxialgraphene.Science,2006,312(5777):1191?1196.石墨烯的制備方法SiC襯底高溫?zé)峤夥ㄞD(zhuǎn)移到SiO2/Si基102石墨烯的制備方法過渡族金屬襯底CVD法首先沉積一層過渡族金屬(如Fe、Cu、Ni、Pt、Au、Ru、Ir等)薄膜作為襯底，利用其與C的高溫固溶，然后冷卻析出，再表面重構(gòu)，形成石墨烯。優(yōu)點是有利于大面積晶圓級石墨烯生長；缺點是層數(shù)精確控制較難，需要進行金屬襯底剝離和襯底轉(zhuǎn)移。Nature,Letters,2009,457:07719石墨烯的制備方法過渡族金屬襯底CVD法首先沉103石墨烯的制備方法氧化-分散-還原法將石墨氧化后分散(超聲、高速離心)到溶液中得到前體，再用還原劑還原得到單層或多層石墨烯。優(yōu)點是成本低廉，缺點是可控性差，生產(chǎn)率低，石墨烯中含氧功能團多，導(dǎo)電性差。石墨烯的制備方法氧化-分散-還原法將石墨氧化104石墨烯的制備方法石墨烯主要制備方法比較工藝名稱優(yōu)點缺點適用范圍微機械剝離工藝簡單，可得到單層手工、費時，面積小，無法批量生產(chǎn)基礎(chǔ)研究或者原型器件SiC高溫?zé)峤饧兌雀?，可原位監(jiān)控，可大面積生長，無需襯底轉(zhuǎn)移均勻性較差，不同原子截止面性質(zhì)差異明顯，成本高昂高性能的電子器件，晶圓級CVD外延可實現(xiàn)大面積生長，可控性較好需過渡族金屬催化，必須襯底轉(zhuǎn)移高性能電子器件晶圓級化學(xué)分離工藝簡單，可控性較好無法大面積，含氧功能團降低性能基礎(chǔ)研究或小型器件在上述制備方法中，超聲剝離、SiC高溫?zé)峤夂虲VD-襯底轉(zhuǎn)移三種方法被認為最有希望實現(xiàn)大面積晶圓級石墨烯的制備，使得石墨烯最終替代Si，成為延續(xù)摩爾定律的下一代半導(dǎo)體材料。石墨烯的制備方法石墨烯主要制備方法比較工藝名稱優(yōu)點缺點適用范105石墨烯制備方法石墨烯新聞時訊石墨烯基本概念石墨烯神奇特性石墨烯研究進展石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯石墨烯106石墨烯的研究進展石墨烯的研究進展107陰極反應(yīng)：2H2O+O2+4e-4OH-陽極反應(yīng)：CuCu2++2e-新型石墨烯涂層使金屬耐腐蝕性提高百倍SinghRamanRK,ChakrabortyBanerjeeP,LoboDE,etal.Protectingcopperfromelectrochemicaldegradationbygraphenecoating[J].Carbon,2012,50(11):4040-4045.“化學(xué)氣相沉積”技術(shù)特殊領(lǐng)域中超薄防腐涂層更有利于產(chǎn)品的使用，如