14.8.25--石墨烯讲解.docVIP

石墨烯 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。并且石墨烯在自然界也有产出，2014年在中国由一颗碳质球粒陨石中，发现存在希格斯粒子场的能效机制，在此之中就发现了由碳原子碳晶体自组装的弯曲纳米石墨烯，显为碳原子的电子圈量子的能效形成天然的石墨烯。中国发现的这颗碳原子“石墨烯”使人们得以看见石墨烯的成长基理，意义重大。概述图文就是中国发现的天然石墨烯。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 中文名: 石墨烯 外文名: graphene 发现时间: 2004年 发现人 Geim、 Novoselov 电子迁移率: 15000cm2/(v s) 杨氏模量 :1100GPa 断裂强度 :130GPa 导热系数 :5000W/(m K) 理论比表面积 :2630m2/g 可见光透过率 :97% 应用领域 :能源、材料、电子、生物医药 目录 1研究历史 2物理性质 ? 电子运输 ? 透明度 ? 机械特性 ? 电子作用 ? 记忆效应 3化学性质 ? 结构 ? 区别 4技术发展 5应用领域 ? 纳电子器件 ? 超级计算机 ? 太阳能电池 ? 光子传感器 ? 基因测序 ? 减少噪音 ? 隧穿势垒 ? 其它应用 6制备方法 ? 微机械剥离 ? 化学气相沉积法 ? 氧化还原 ? 溶剂剥离 ? 溶剂热法 ? 其它方法 7相关介绍 ? 诺贝尔奖 ? 论坛 ? 研究成果 ? 柔性集体 ? 潜在作用 ? 研究获突破 8主要特点 9中国标准 ? 单层石墨烯 ? 双层石墨烯 ? 少层石墨烯 ? 单层氧化 ? 氧化石墨烯 ? 单层还原氧化 ? 还原氧化 ? 功能化石墨烯 ? 石墨烯微片 1研究历史 石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。 2物理性质 电子运输 在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。现今，石墨烯在自然界产出的发现，进一步的证实二维结构是能在有限温度下存在，并可以人为防制制备。天然的纯碳晶体石墨烯是全透明的单晶二维体，微观翘曲是碳原子适应引力而保持原子结构稳定。如图所示；中国的天然石墨烯存在。 石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导=2e/h,6e/h,10e/h....为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学