超硬新材料石墨烯简介
石墨烯资料
一、石墨烯概述石墨烯（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，其厚度只有0.335纳米，仅为头发的20万分之一。
被认为是构建其它维数碳质材料（如0维富勒烯、1维纳米碳管、3维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学特性。
石墨烯材料分为两类，一类是由单层或多层石墨烯构成的薄膜，另一种是由多层石墨烯构成的微片。
石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜。
石墨烯是目前最薄也是最坚硬的纳米材料，同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，未来有望在电极、电池、晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用，是最有前景的先进材料之一。
二、石墨烯的优异性能1.理论比表面积高达2600m2/g VS活性炭1000~1800 m2/g2.导热系数高达5300 W/m·k VS铜400 W/m·k3.电子迁移率超过15000cm2/V·s VS硅1400 cm2/V·s4.电阻率约10-6Ω·cm5.透光率高达98%6.实测弹性模量为1060Gpa7.良好的结晶性8.半整数的量子霍尔效应9.永不消失的电导率三、石墨烯的应用前景3.1石墨烯良好的电导性能和透光性能，使其在透明电导电极方面有非常好的应用前景，石墨烯不仅可以制成太阳能电池用的透明电极，同时还可以用作插入半导体层之间的中间电极。
石墨烯最能发挥威力的领域是有机薄膜太阳能电池领域。
3.2石墨烯还有望成为新型高效的超级电容器电极材料，研究表明，石墨烯超级电容器的充放电速度比传统电池快1000倍。
这种新颖的石墨烯微型电容器有望应用于MEMS系统、便携式电子设备、无线传感网络、柔性显示器，以及其多种生物体内电子设备的储能器件。
3.3触摸屏是石墨烯未来应用的又一大热点。
超硬新材料石墨烯简介ppt课件
无碳原子缺失，原子间作用力强 原子间的连接非常柔韧
当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不 必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
良好的导电性——通畅高速干扰小
稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯 中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外 来原子而发生散射。
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制备方法
微机械分离法
撕胶带法 轻微摩擦法
用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行 摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这 些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
不足
尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用 的石墨薄片样本
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加热碳化硅法
加热碳化硅以除去硅，然后生成石墨烯薄层
1. 让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌 2. 冷却到850℃后, 碳原子就会浮到钌表面 3. 形成镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满基质表面，
并最终长成完整的一层石墨烯。 4. 第一层覆盖 8 0 ％后，第二层开始生长。
底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第 二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合， 得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。
采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀， 且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。 另外使用的基质是稀有金属钌。
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恳请指导，谢谢！
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在室温下传递电子的速度比已知导体都快。 由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原
子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
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石墨烯：轻薄刚导电性好
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应用领域
可做“太空电梯”缆线 代替硅生产超级计算机 超薄防弹衣 航空材料 高性能储能元件
石墨烯是什么材料
石墨烯是什么材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，其结构类似于蜂窝状的蜂窝状结构。
石墨烯由单层碳原子组成，形成了具有特殊性质的六角形晶格。
石墨烯的发现被认为是一项革命性的进展，因为它具有许多独特的物理和化学特性，使其在许多领域具有巨大的潜力。
首先，石墨烯具有出色的导电性。
由于其独特的结构，石墨烯中的电子可以自由移动，因此具有非常高的电导率。
事实上，石墨烯被认为是已知最好的导电材料之一，甚至比铜还要好。
这使得石墨烯在电子器件和导电材料方面具有巨大的应用潜力。
其次，石墨烯还具有出色的热导率。
由于其结构的特殊性，石墨烯可以有效地传递热量，因此具有很高的热导率。
这使得石墨烯在热管理和散热领域具有广阔的应用前景。
此外，石墨烯还具有出色的机械性能。
尽管它只有一个原子厚度，但石墨烯却非常坚固和耐用。
事实上，石墨烯被认为是已知最坚固的材料之一，具有比钢还要强大的拉伸强度和弹性模量。
这使得石墨烯在材料强度和耐久性方面具有巨大的潜力。
此外，石墨烯还具有许多其他独特的特性，例如光学透明性、化学稳定性和柔韧性等。
这些特性使得石墨烯在许多领域都具有广泛的应用前景，包括电子学、光学、材料科学、生物医学等。
总的来说，石墨烯是一种具有许多独特性质的材料，具有广阔的应用前景。
随着对石墨烯的研究不断深入，相信它将在未来的许多领域发挥重要作用，为人类社会带来巨大的变革和进步。
石墨烯的性质及应用
石墨烯的性质及应用石墨烯是一种由碳原子通过共价键结合形成的二维晶体结构，具有一系列独特的性质和应用潜力。
以下将详细介绍石墨烯的性质和应用。
性质：1. 单层结构：石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，在垂直方向上只有一个原子层，具有单层的特点。
2. 高强度：尽管石墨烯只有一个碳原子层，但其强度非常高。
石墨烯的破断强度远远超过钢铁，是已知最强硬的材料之一。
3. 高导电性：石墨烯的碳原子呈现出类似于蜂窝状的排列方式，使得电子能够在其表面自由传导。
石墨烯的电子迁移率是晶体硅的200倍以上，使得其具有非常高的导电性能。
4. 高热导性：由于石墨烯中的碳原子排列紧密，热量传递效率非常高。
石墨烯的热导率超过铜的13000倍，是已知最高的热导材料之一。
5. 弹性：石墨烯具有非常强的弹性，在拉伸过程中可以扩展到原始长度的20%以上，然后恢复到原始形状。
这种弹性使得石墨烯在柔性电子学和拉伸传感器等领域具有广泛应用。
应用：1. 电子器件：石墨烯的高导电性和高迁移率使其成为制造高速电子器件的理想材料。
石墨烯可以作为传统半导体材料的替代品，用于制造更小、更快的电子元件，如晶体管、电容器和电路等。
2. 透明导电膜：石墨烯具有优异的透明导电性能，可以制备成透明导电膜，用于制造触摸屏、显示器和太阳能电池等设备。
相比于传统的氧化铟锡(ITO)薄膜，石墨烯具有更好的柔性和耐久性。
3. 电池材料：石墨烯可以用作锂离子电池的电极材料，具有高电导性和高比表面积的优势。
石墨烯电极可以提高电池的充放电速度和储能密度，有望在电动汽车和可再生能源储存等领域得到应用。
4. 传感器：石墨烯具有优异的电子迁移率和极高的比表面积，使其成为制造高灵敏传感器的理想材料。
石墨烯传感器可以用于检测气体、压力、湿度和生物分子等，具有快速响应和高灵敏度的特点。
5. 柔性电子学：石墨烯的高强度和高弹性使其成为柔性电子学的重要组成部分。
石墨烯可以制备成柔性电路、柔性显示屏和柔性传感器等，有望应用于可穿戴设备、智能医疗和可卷曲设备等领域。
石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄炭素材料，具有许多独特的特点和广泛的应用。
以下是石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用。
特点：
1. 高强度和高硬度：石墨烯的强度比钢高200倍，硬度比金刚石高五倍。
2. 轻量和薄：石墨烯仅有一个原子层厚度，非常轻便。
3. 电子迁移速度快：电子在石墨烯中移动的速度非常快，是现有材料的几百倍。
4. 热稳定性好：石墨烯可以承受高温，不易熔化或分解。
5. 非常透明：石墨烯能够使90%的光线穿透，是目前已知的最透明的材料之一。
应用：
1. 电子学：石墨烯非常适合用于电子学领域，因为它的电子迁移速度非常快，在电子器件中能够提供更快的信号传输速度。
例如，石墨烯可以用于制造晶体管、场效应晶体管和光电二极管等。
2. 医学：石墨烯可以用于制造医用传感器和医疗设备。
例如，石墨烯传感器可以检测人体内某些化学物质的浓度，对于监测病情和治疗非常有用。
3. 能源：石墨烯还可以用于制造太阳能电池和储能器。
例如，石墨烯太阳能电池可以将太阳能转换为电能，而石墨烯储能器可以在短时间内存储大量电能。
4. 环境保护：石墨烯可以用于净化和过滤水和空气。
例如，石墨烯纳米过滤膜可以去除水中的杂质和污染物，而石墨烯纳米过滤器可以去除空气中的有害物质和颗粒物。
总之，石墨烯具有许多独特的特点和广泛的应用，在未来的科技领域中具有重要的发展前景。
石墨烯
Graphene晶体管
曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制作 出晶体管。从一小片石墨烯片层开始，采用电 子束曝光在材料上刻出沟道。在被称为中央岛 的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点。 电压可以改变这些量子点的电导率，这样就可 以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态。
双层石墨烯可降低元器件电噪声
美国IBM公司T·J·沃森研究中心 的科学家，最近攻克了在利用石墨 构建纳米电路方面最令人困扰的难 题，即通过将两层石墨烯片叠加， 可以将元器件的电噪声降低10倍， 由此可以大幅改善晶体管的性能， 这将有助于制造出比硅晶体管速度 快、体积小、能耗低的石墨烯晶体 管。
石墨烯可作为宇宙学研究的平台
精细结构常数是物理学中一个重要的无量纲数，用希腊字母 α 表示，它与量子电动力学有着紧密的渊源。它将电动力学中的 电荷e、量子力学中的普朗克常数h、相对论中的光速c联系起来， 定义为α=(e^2)/(2ε0*h*c)(其中 e 是电子的电荷， ε0 是真空介电常 数， h 是普朗克常数， c 是真空中的光速).而其大小为什么约等于 1/137至今尚未得到令人信服的回答。
碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个 未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形 成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好 的导电性。此外，石墨烯是具有零带隙的能带结构。
内禀电子迁移率
最近由G．Geim为首的跨国科学家组成 的研究组发现二维石墨烯薄层(只有一个原 子大小的厚度)半导体的内禀电子迁移率高 达200000cm-2／V·s，这要比硅半导体的内 禀电子迁移率(1500cm-2／V·s)高100倍， 比砷化镓(8500cm-2／V·s)高20倍 A.K.Geim etal，PRL 100, 016602 (2008) 说明石墨烯极有可能成为半导体 装置使用的最合适料的制备
石墨烯简介
石墨烯1 石墨烯的概述石墨烯（Graphene，GE）是世界上最薄，最坚硬的纳米材料，也是其他石墨材料的基本单元，以碳六元环为基本结构组成周期蜂窝状的二维点阵结构，若翘曲便可成为零维的富勒烯，若将石墨烯卷成一维结构便成为碳纳米管(Carbon nano-tube,CB)，若是多层堆积便成为了三维的石墨(Graphite)。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是目前最理想的二维纳米材料。
平面六边形点阵结构是石墨烯最理想的结构，可以认为是单层石墨分子被从三维石墨结构中剥离出来形成的二维分子结构，所有碳原子均为sp2杂化，并且每个碳原子上均多出一个p轨道上的电子形成大π键，这个π电子可以自由移动，因此石墨烯具有良好的导电性。
因此二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本单元。
由于特殊的结构石墨稀因此拥有了很多的优异的性能，首先在电学方面，由于大π键的存在，石墨稀具有优异的导电性能，如超高的载流子迁移率，室温量子霍尔效应，弹道输运等等；而在光学方面，石墨烯具有超高的透光率，其透光率能达到97.7%的惊人数据。
力学性能方面，石墨稀是已知的具有最高强度和硬度的晶体结构，热学方面，石墨烯具有优异的导热性能，其导热是铜的很多倍。
由于这些优异的性能使得石墨稀不但成为科学界一颗明星，而且使得其拥有了极其广阔的应用前景。
石墨烯为六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是由一种碳原子以sp2杂化轨道组成的，我们可以将它看成是其他石墨类材料组成的基本单元，所以石墨烯片在适当的条件下可以进行包裹和卷曲，分别可以形成零维和一维结构，层层堆叠起可以形成的是三维的石墨，零维和一维分别形成球状的富勒烯、管状的碳纳米管(见图1.1)；它们和仅为单一碳原子厚度的二维碳材料作为为重要成员组成了碳纳米材料家族，它们之间通过包裹、卷曲和堆积相互进行转化。
2004年，K.S.Novoselov 等以天然鳞片石墨为原料，制得二维六角形平面原子石墨烯的方法为机械力剥离法。
石墨烯新材料
石墨烯新材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有出色的导电性、热导性和机械性能，被誉为21世纪最具潜力的新材料之一。
自2004年被发现以来，石墨烯已经引起了全球范围内的广泛关注和研究。
其独特的物理和化学性质使其在电子学、光学、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯在电子学领域具有巨大的潜力。
由于其单层结构，石墨烯具有优异的电子传输性能，电子在其中的移动速度可达到光速的1/300。
这使得石墨烯可以被应用于高速电子器件，比如场效应晶体管、逻辑门等。
此外，石墨烯还可以作为柔性电子材料，用于制备柔性显示屏、智能穿戴设备等产品。
其次，石墨烯在能源领域也有着重要的应用价值。
石墨烯具有极高的比表面积和良好的电化学性能，可以作为电容器、锂离子电池等储能材料的理想选择。
同时，石墨烯还可以用于制备高效的光催化剂、光伏材料，有望在太阳能转换和储能方面发挥重要作用。
此外，石墨烯还在材料科学领域具有广泛的应用前景。
其超高的机械强度和柔韧性使得石墨烯可以用于制备高强度、轻质的复合材料，被应用于航空航天、汽车制造等领域。
同时，石墨烯还具有良好的热导性能，可以用于制备高性能散热材料，解决电子器件散热难题。
总的来说，石墨烯作为一种新型材料，具有广泛的应用前景和巨大的经济效益。
然而，目前石墨烯的大规模生产和应用还面临着诸多挑战，比如制备工艺、成本控制、环境友好性等问题。
因此，需要加大对石墨烯材料的基础研究和工程化应用研究，推动其产业化进程，实现石墨烯在各个领域的广泛应用。
相信随着技术的不断进步和创新，石墨烯一定会成为21世纪最具影响力的新材料之一。
石墨烯的介绍
-
1 石墨烯的基本性质 2 石墨烯的制备方法 3 石墨烯的应用领域 4 结论与展望
石墨烯的介绍
石墨烯是一种由碳原子组成 的二维材料，它是单层石墨 的片状结构，具有极高的电 导率、热导率和机械强度
下面我们将详细介绍石墨烯 的基本性质、制备方法、应 用领域以及研究现状
CHAPTER 1
石墨烯的应用领域
能源领域
石墨烯的热导率和电导率都非常高，因此它在能源领域也有广泛的应用。例如，石墨烯可 以用于制造高效能电池和超级电容器等能源器件。此外，石墨烯还可以作为催化剂载体用 于燃料电池等领域
石墨烯的应用领域
生物医学领域
石墨烯具有良好的生物相容性和抗氧化性，因此在生物医学领域也有广泛的应用。例如， 石墨烯可以用于制造药物载体、生物传感器和成像试剂等生物医学器件。此外，石墨烯还 可以作为生物材料用于组织工程等领域
CHAPTER 3
石墨烯的应用领域
石墨烯的应用领域
石墨烯的应用领域
由于石墨烯具有优异 的物理和化学性质， 它在许多领域都有广 泛的应用。以下是石 墨烯的主要应用领域
石墨烯的应用领域
电子器件领域
石墨烯具有很高的电 导率，因此它在电子 器件领域具有广泛的 应用。例如，石墨烯 可以用于制造晶体管 、场效应管、太阳能 电池等电子器件。此 外，石墨烯还可以作 为透明导电膜用于显 示器等领域
CVD法
CVD法是一种常用的制备石墨烯的方法，它是通过加热含碳气体(如甲烷、乙炔等)在基底 表面形成石墨烯。这种方法可以制备大面积、高质量的石墨烯，但需要高温条件和复杂的 设备
石墨烯的制备方法
氧化还原法
氧化还原法是一种通过氧化剂将石墨氧化成氧化石墨，再通过还原剂将氧化石墨还原成石 墨烯的方法。这种方法制备的石墨烯质量较高，但需要使用化学试剂和复杂的工艺流程
石墨烯简介
石墨烯简介石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶格材料，具有出奇制胜的电学、热学和力学性质。
它的发现引发了广泛的科学研究和技术应用，被誉为材料科学领域的"奇迹"。
下面是对石墨烯的详细介绍：石墨烯的结构石墨烯的结构非常简单，它是由一个层层叠加的碳原子构成，每一层都只有一个碳原子的厚度。
这些碳原子排列成六角形的蜂窝状晶格，就像蜜蜂蜂巢一样。
这种排列方式赋予石墨烯许多独特的性质。
电学性质石墨烯的电学性质令人惊叹。
它是一种半导体材料，但在室温下，电子能够在其表面以极高的移动速度自由传导，几乎没有电阻。
这使得石墨烯成为极好的导电材料，有望用于高速电子器件和新型电池。
热学性质尽管石墨烯是世界上最薄的材料之一，但它的热传导性能却非常出色。
石墨烯可以有效地传递热量，因此被广泛应用于散热材料和热导材料的领域。
机械性质石墨烯具有出色的机械强度，是世界上最坚硬的材料之一。
它的强度比钢还要高，并且非常轻薄。
这些性质使得石墨烯在材料科学和纳米技术中具有广泛的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收和散射也表现出了独特的性质。
它在可见光和红外光谱范围内表现出高吸收率，但对其他波长的光几乎是透明的。
这一性质在光电子学和传感器领域具有重要应用价值。
应用领域石墨烯的独特性质使得它在许多领域都有广泛的应用潜力。
目前，石墨烯已经在电子器件、柔性显示屏、电池技术、传感器、材料强化、医疗设备等领域取得了重要突破。
总之，石墨烯是一种具有革命性潜力的材料，其独特的电学、热学、力学和光学性质使其在科学研究和技术创新中备受瞩目。
随着对石墨烯的深入研究和应用的不断推进，我们可以期待看到更多令人兴奋的发现和应用。
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曾天 2010年10月
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2010年诺贝尔物理学奖
安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 石墨烯
铅笔写字
石墨结构层间作用力弱，易分层
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结构和性能
石墨烯（单层石墨）
厚度只有0.335纳米，头 发丝的20万分之一厚
பைடு நூலகம் 比金刚石还硬，是最硬 的钢材的100倍
在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原 子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
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石墨烯：轻薄刚强导电性好
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应用领域
可做“太空电梯”缆线 代替硅生产超级计算机 超薄防弹衣 航空材料 高性能储能元件
超级电容器
高灵敏度传感器
是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯
1. 让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌 2. 冷却到850℃后, 碳原子就会浮到钌表面 3. 形成镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满基质表面，
并最终长成完整的一层石墨烯。
4. 第一层覆盖 8 0 ％后，第二层开始生长。
底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第 二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合， 得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。
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3
结构和性能
稳定的结构
无碳原子缺失，原子间作用力强
原子间的连接非常柔韧
当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不 必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
良好的导电性——通畅高速干扰小
稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯 中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外 来原子而发生散射。
采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀， 且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。 另外使用的基质是稀有金属钌。
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单分子气体侦测
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6
制备方法
微机械分离法
撕胶带法 轻微摩擦法
用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行 摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这 些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
不足
尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用 的石墨薄片样本
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7
加热碳化硅法
加热碳化硅以除去硅，然后生成石墨烯薄层
将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通 过电子轰击加热，除去氧化物。然后，将样品加热 使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从 而形成极薄的石墨层
已经能可控地制备出单层或多层石墨烯，其厚 度由加热温度决定。
制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
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8
取向附生法