类石墨烯二维材料—2014.10.26.pptxVIP

类石墨烯二维材料综述;1、定义： 类石墨烯二维材料是指在一个维度上维持纳米尺度，一个或几个原子层厚度，而在二维平面内具有无限类似碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构，具有许多独特的性质。;2、意义： 因为二维材料如石墨烯等具有很多非常优异的特性，比如吸收2.3％的白光谱，高表面积比，高的杨氏弹性模量，优异的导热导电性，故这类二维材料可以应用在光电学、自旋电子学、催化剂、生化传感器、大容量电容器、晶体管、太阳能电池、锂离子电池、DNA测序等很多领域。 ;3、 在研材料 目前正在研究的类石墨烯二维材料有六方氮化硼、过渡族金属与硫族元素化合物、第三（四）主族金属硫化物、硅烯和锗烯等。;二维材料图片;硅烯结构示意图;石墨烯;2 结构： 因为结构决定性质，先看看石墨烯的结构。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。;sp2杂化轨道;杂化轨道示意图 ;3 性质及应用 物理性质： a) 强度最高：单排原子，并且原子之间普遍以较大键能的共价键结合。 b) 密度：六边形链长0.142nm，面积为0.052nm2，密度0.77mg/m2 透光性和颜色：高度透明，可见光透过率97.7％，与波长无关 c) 电导率高：每个碳原子都是sp2杂化，每个c原子通过较强的σ键与相邻的三个c原子相连并且每个c贡献出剩余的一个p轨道电子形成大π键，π电子可以自由移动；无晶格缺陷或外来原子，电子在轨道运动中阻力很小，速度远超过金属和半导体；各碳原子连接柔韧，结构稳定 d) 热导率高：同等条件下是铜的十倍多 ;电学性质：石墨烯导带与价带在费米能级的6个顶点相交，故为为零带隙半导体，具有金属性和优良的电子性。 化学性质：由于没有做出适用于传统化学的样品，故化学性质研究欠缺。因为结构类似石墨表面，推测可以吸收和脱附各种原子和分子，有高的表面积比，可以作为储氢材料。;应用： DNA测序：石墨烯的结构特点使其对带有裸露的环状结构的化合物具有强烈的吸附作用，DNA的碱基包含六元环结构，石墨烯会与裸露的碱基发生强烈的π-π作用，从而吸附DNA。 催化作用 ：石墨烯具有良好的导电性，在光催化反应或者电化学反应中可作为催化剂的载体，利于光生电子-空穴对的分离，增强催化活性。;有机电致发光器件： 利用石墨烯透明导电的特性，北大科研人员制备了Ａｌ／ｇｌａｓｓ／ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄｇｒａｐｈｅｍｅ／Ｖ２Ｏ５／ＮＰＢ／ＣＢＰ∶（ｐｐｙ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）／Ｂｐｈｅｎ／Ｂｐｈｅｎ∶Ｃｓ２ＣＯ３／Ｓｍ／Ａｕ多层结构的发光二极管。 如右图所示： ;太阳能电池： 石墨烯有较好的光电转换特性，并且作为一个二维结构的薄膜电极具有不少优点：导电特性和光学特性可通过层数变化、掺杂等进行调控，非常平整的表面有利于功能层的组装，清华大学研究人员以石墨烯作阳极制备了肖特基结太阳能电池。 如右图所示：;石墨烯纳米发电机 如下图所示： ;4 石墨烯制备方法 1 机械剥离法 光刻胶反复粘撕 摩擦法 2 SiC晶体外延生长 加热单晶6H-SiC除硅 3 气相化学沉积法 以含碳有机物为碳源 4 氧化还原法 鳞片石墨 氧化石墨 超声分散 还原;六方氮化硼二维材料;绝缘体 5.9ev 光滑，可做润滑剂。 与石墨烯形成三明治夹层：减少电子空穴和坑，更稳定。 层状与块状的能隙及及击穿场强。 2 硼氮片功能化处理 石墨烯完全（半）氢化及氟化的能隙变化 硼氮片的氢化。 对硼氮片做原子吸附或替代的功能化处理 B-N-C性质。 ;;3硼氮片合成方法 机械或液相剥离法 化学溶剂超声法 亲脂性或亲水性胺加热法【硬脂胺（ODA）胺基终止的聚乙二醇（PEG）】 湿化学反应法（硼酸在氮气气氛内加热） CVD法 B3N3H6、B3N3Cl6作为前体 多晶Ni薄膜表面合成 （下图是对cvd法长出的薄膜SEM图） ;