石墨烯最终版..pptxVIP

基本简介应用现状石墨烯面临的问题未来展望前沿进展 自2004年石墨烯(Graphene)被以机械剥离的方法制备并被揭示出独特的物理特性以来, 世界上物理、化学、材料、电子以及工程领域的科学家都对其投注了巨大的研究兴趣. 其研究发起者安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫也因其开创性的工作获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。石墨烯的发2010IBM发布截止频率为 230GHz 的石墨烯FET 2005证实石墨烯中的准粒子为无质量的狄拉克费米子2014.1中国首条石墨烯基超级电容器生产线投产2015石墨烯国家标准制定工作启动CVD法取得突破，掀起该法制备石墨烯的热潮。首次发现石墨烯石墨烯的性质 ——多才多艺极高的强度，理论弹性模量1000GPa、拉伸强度125GPa极高的载流子迁移率，常温下超过15000 cm2/V·s石墨烯世界上电阻率最小的材料良好的透光性，单层只吸收2.3%的光较大的比表面积2600m2/g导热系数高达5300W/m·K石墨烯的制备机械剥离法化学气相沉积法（CVD）表面外延生长法氧化石墨还原法……机械剥离法利用机械力将石墨烯片从高度定向热解石墨表面剥离开来的制备方法。Geim等就是采用微机械剥离法得到了石墨烯，并进行了表征 ，他们将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，通过撕开胶带将石墨烯剥离开，制备的石墨烯片最大宽度可以达到10um以上。目前，该法仍是制备石墨烯最简单直接的方法。优势：可以制备大面积晶体结构完美的石墨烯片，方法简单。劣势：石墨烯片的层数不易控制，一般为单片、多片混杂在一起，且成本高，效率低，不可能适应大规模生产。机械剥离法CVD法 —— 重要方向CVD方法是上世纪60年代发展起来的一种制备高纯度、高性能固体材料的化学过程,早期主要用于合金刀具的表面改性,后来被广泛应用于半导体工业中薄膜的制备,如多晶硅和氧化硅膜的沉积。近年来,各种纳米材料尤其是碳纳米管、氧化锌纳米结构、氮化镓纳米线等的制备,进一步推动了CVD方法的发展。表面生长渗碳析碳两种生长机制在制备单晶石墨烯方面更具优势，但目前采用昂贵的单晶金属作为基体,而且石墨烯难以转移, 限制了该方法的进一步应用。目前大部分以Cu为基体, 具有可控性好、成本较低、易于转移和规模化制备等优点, 但生长的石墨烯具有较多的线缺陷。CVD法制备石墨烯的发展历程20世纪70年代尝试采用单晶Ni作为基体, 制备石墨烯，但缺乏有效的表征手段。采用单晶Co、Pt、Pd、Ir、Ru等基体在低压和超高真空中实现了石墨烯的制备。2009年, J. Kong研究组与B. H.Hong研究组首次制备出大面积少层石墨烯, 并成功转移。R. S. Ruoff研究组采用CH4为碳源,用铜箔制备出尺寸可达厘米级的石墨烯。B. H. Hong研究组进一步发展该法, 制备出30英寸的石墨烯膜,透光率达97.4%。N. P. Guisinger组的研究表明:石墨烯的生长始于石墨烯岛，具有不同的晶体取向,从而导致片层的结合处形成线缺陷。高鸿钧研究组,采用单晶Ru作为基体, 制备出毫米级单晶石墨烯。小结 该法有望满足透明导电薄膜等方面的应用需求,但 制备的石墨烯以多晶为主，达不到电子器件级的要求。因此,减少CVD法制中石墨烯岛的数量，备大面积高质量单晶石墨烯是目前的一个研究热点。 此外，如何实现石墨烯带以及石墨烯宏观体的制备,进而扩展石墨烯的性能和应用;如何实现石墨烯在聚合物等基体上的低温生长等,也是CVD方法的未来发展方向 由乔治亚理工学院的 Walter de Heer 教授研究小组于 2004 年首次提出。 原理：以 SiC单晶为衬底，利用氢气在高温下对 SiC 的刻蚀效应对衬底表面进行平整化处理；然后在超高真空的环境下，将 SiC 衬底表面加热到 1400℃以上，Si 原子会先于 C 原子升华，而表面富集的 C 原子发生重构从而形成石墨烯薄膜。表面外延生长法 ——成本高昂缺点及改进 缺点：较低的生长温度和较快的生长速度会造成石墨烯晶体质量的下降，同时为了防止氧化，设备需在高温下保持超高真空，这为设备的设计制造带来了极大的难度 纽伦堡大学的 ThomasSeyller 博士的研究小组对其进行改进。在生长过程中引入氩气，减缓生长速度，将单层石墨烯的生长温度提高到 1500℃，生长出更大更整齐的石墨烯畴，提高了晶体质量。由于有氩气的保护，对设备要求也有所降低。小结 这种方法生长石墨烯是最有可能实现C 基集成电路的有效途径之一。但单晶SiC的价格昂贵，石墨烯的制作成本非常高，生长条件苛刻，目前还难以实现大面积制备。 在可控制备及性能研究上存在着以下问题： 外延石墨烯的可控生长机制有待进一步深入研究，其生长的可控性(层数、晶畴大小、大面积均匀一致性)有待进一步增强。石墨氧化石