《石墨烯光学介绍》PPT课件
石墨烯简介PPT课件

精选
17
应用与性能的关系
E
Relation between application and performance
精选
应用与性能的关系
精选
20
应用与性能的关系
透明度大
透明电极
电导率高
触控屏幕
比表面积大
太阳能电池
力学性能好 导热系数大
晶体管 复合材料
电子迁移率高
锂离子电池
精选
21
应用与性能的关系
高温 加热
氧
渗碳
化
脱氢
剥
剥
离
离
快速
还
冷却
原
精选
7
石墨烯制备方法
石墨烯粉末及 氧化石墨产品
公司石墨烯 薄膜产品
精选
8
表征方法 Characterization Method
D
精选
石墨烯表征方法
石墨烯常见的表征方法:
1 拉曼光谱( Raman ) 2 扫描电子显微镜( SEM ) 3 高分辨透射电子显微( HRTEM ) 4 X射线衍射( XRD ) 5 原子力显微镜( AFM ) 6 其它方法
石墨烯的优异性能
精选
19
制备方法 Preparation Method
C
精选
机械剥离法
碳纳米管横向切割法
微波法 电弧放电法 光照还原法 外延生长法
石墨烯制备方法
石墨氧化还原法 电化学还原法
溶剂热法 液相剥离石墨法
碳化硅裂解法 化学气相沉积法
精选
6
化学气相沉积法 氧化还原法
机械剥离法
SiC外延法
石墨烯在诸多应用中扮演了什么样的角色呢?
石墨烯PPT课件

所谓石墨烯,其实就是单层的石墨。
石墨是一种碳单质,由很多层碳元
素叠加而成;当我们从中分离出单
层的石墨片,石墨烯就产生了。虽
然石墨可谓是世界上最柔软的物质
之一,但石墨可比钢铁还要坚硬百
倍!
2020/2/19
3
2010年,两个科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫因为成功制取 了石墨烯而获得了“诺贝尔奖”!
超 强 度
2020/2/19
据说,如果将食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片盖在一 只杯子上,你如果试图要用铅笔戳穿它,那么你需要 一头大象站在铅笔上。
石墨烯按六边形晶格排 列,结构稳定,常被人 误以为它很僵硬,事实 上,石墨烯具有很强的 伸展性,能在受到外力 的情况下变形。这样, 碳原子就不需要重新排 列来适应外力,保证了 其稳定结构,使其比金 刚石还要坚硬,同时可 以来回拉伸。
2020/2/19
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石墨烯电池
石墨烯的另一个重要的应用就是石墨烯电池了。据说,三星已
经研发出了石墨烯电池!
充电五秒钟,
爆炸半个月!
三星董事长
这种新型的石墨 烯电池,5秒钟 即可给手机充满
点,但足可以使 用半个月!
石墨烯电池,利用了锂离子 在石墨烯表面和电极之间大 量穿梭运动的特性,开发出 的一种新能源电池。石墨烯 电池将促成一个新的革命。
早七(4) 张远洋
2020/2/19
1
石墨烯听起来是一个十分陌生的词汇, 石墨烯到底是什么?它有什么用?为什 么它非常的重要,让我们一起来揭秘吧
2020/2/19
2
分离石墨烯
大家想必都听说过石墨吧,生活中有很多物质都是由石墨构成的,比如:
铅笔
拿破仑曾经说过:“笔比剑更有威 力”,但他万万没有想到,在当今 的技术下,“铅笔”的确有过人的 威力!用铅笔中的碳提取出来的石 墨烯是一种强度超高,甚至超过金 刚石的物质,其“威力”的确巨大 无比。
石墨烯ppt课件

04
缺点
设备成本高,制备过 程复杂。
液相剥离法制备过程及优化策略
过程
将石墨或膨胀石墨分散在溶剂中,通 过超声波、热应力等作用剥离出单层 或少层石墨烯。
优化策略
选择适当的溶剂和剥离条件,如超声 功率、时间、温度等,以提高剥离效 率和石墨烯质量。
优点
制备过程简单,成本低。
缺点
难以制备大面积、单层的石墨烯。
未来挑战和机遇并存局面思考
技术挑战
石墨烯制备技术仍存在一些难题 ,如大规模制备、成本控制、质 量稳定性等,需要加强技术研发
和创新。
市场机遇
随着石墨烯技术的不断突破和市场 需求的持续增长,石墨烯产业将迎 来更广阔的发展空间,企业需要抓 住机遇,积极拓展市场。
跨界融合
石墨烯产业需要与其他产业进行跨 界融合,共同推动产业升级和创新 发展,如与互联网、人工智能等产 业的深度融合。
THANKS
感谢观看
消费电子市场需求
随着消费电子产品的不断更新换代, 石墨烯在智能手机、平板电脑、可穿 戴设备等领域的应用需求将持续增长 。
新能源市场需求
石墨烯在新能源领域具有广阔的应用 前景,如太阳能电池、锂离子电池、 燃料电池等,未来市场需求将不断扩 大。
医疗健康市场需求
石墨烯在生物医疗领域的应用也逐渐 受到关注,如生物传感器、药物载体 、医疗器械等,未来市场需求有望持 续增长。
三维多孔支架、细胞培养基质、神经修复导管
石墨烯组织工程支架材料的研究进展及前景
骨组织工程、皮肤组织工程、心肌组织工程
安全性评价和毒理学问题关注
石墨烯的生物安全性问题
01 细胞毒性、免疫原性、遗传毒性
石墨烯的体内代谢和毒性机制
石墨烯简单介绍ppt课件

填充在信号中,它们被要求使用越来越高的频率,然而手机的工作频
率越高,热量也越高,于是,高频的提升便受到很大的限制。由于石 墨烯的出现,高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在
微电子领域也具有巨大的应用潜力。
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石墨烯应用
透明电极
石墨烯
和
,使它在透明电
导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、
有机发光二极管等等,都需要良好的透明电导电极材料。特别是,
。由于氧化铟锡脆度较高,比较容易损毁。在溶液
内的石墨烯薄膜可以沉积于大面积区域 。
通过化学气相沉积法,可以制成大面积、连续的、透明、高电导 率的少层石墨烯薄膜,主要用于光伏器件的阳极,并得到高达1.71% 能量转换效率;与用氧化铟锡材料制成的元件相比,大约为其能量转 换效率的55.2%。
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯?
石墨烯(英文名Graphene)是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构,是C的另外一种 同素异形体。
。例如,在计算石墨和碳纳米 管特性时,通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯:基本结构单元
2
石墨烯的来源?
实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出 单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
14
结构与性能
力学性能
石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。其
和
分别为125GPa和1.1TPa。石墨烯的
(抗拉强度)为42N/M2。
普通钢的强度极限大多分布在250~1200MPa范围内,即 0.25ӽ109~1.2ӽ109N/m2。如果钢具有同石墨烯一样的厚度(约 0.335nm),则可推算出其二维强度极限0.084~0.40N/m。由 此可知,
2024版《石墨烯的研究》PPT课件

目录•引言•石墨烯的基本性质•石墨烯的制备方法•石墨烯的应用领域•石墨烯的挑战与前景•结论引言石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料。
石墨烯具有极高的电导率、热导率和机械强度等优异性能。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注,被认为是未来材料科学的重要发展方向之一。
石墨烯的背景与概念0102 03推动材料科学的发展石墨烯作为一种新型材料,其研究有助于推动材料科学的发展,为制备更高性能的材料提供新的思路和方法。
促进相关产业的发展石墨烯的优异性能使其在电子、能源、生物等领域具有广泛的应用前景,其研究有助于促进相关产业的发展。
提高国家科技实力石墨烯作为一种具有重要战略意义的材料,其研究水平的提高有助于提高国家的科技实力和竞争力。
石墨烯的研究意义国内研究现状国内石墨烯研究起步较早,目前已经取得了一系列重要成果,包括石墨烯的制备、表征、应用等方面。
国外研究现状国外石墨烯研究也非常活跃,许多国际知名大学和科研机构都在开展石墨烯相关的研究工作。
发展趋势未来石墨烯的研究将更加注重应用基础研究,探索石墨烯在各个领域的应用潜力,同时加强石墨烯的规模化制备和产业化应用等方面的研究。
国内外研究现状及发展趋势石墨烯的基本性质石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
二维碳纳米材料石墨烯中的碳原子以六边形进行排列,每个碳原子与周围三个碳原子通过σ键相连,形成稳定的晶格结构。
碳原子排列方式石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm ,每个晶格内有三个σ键,所有碳原子均为sp2杂化。
原子尺寸零带隙半导体石墨烯是一种零带隙半导体,其载流子在狄拉克点附近呈现线性色散关系,具有极高的载流子迁移率。
高电导率由于石墨烯中载流子的特殊性质,其电导率极高,甚至超过铜等传统导体。
量子霍尔效应在低温强磁场条件下,石墨烯会表现出量子霍尔效应,这是其独特电学性质之一。
石墨烯的强度极高,其抗拉强度是钢铁的数百倍,同时具有优异的韧性。
石墨烯简介PPT课件

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17
应用与性能的关系
E
Relation between application and performance
精选
应用与性能的关系
精选
20
应用与性能的关系
透明度大
透明电极
电导率高
触控屏幕
比表面积大
太阳能电池
力学性能好 导热系数大
晶体管 复合材料
电子迁移率高
锂离子电池
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21
应用与性能的关系
B
精选
石墨烯的性能
力学性质:106N/cm2 光学性质:2.3%
Science, 321, 385 (2008) Science 320, 1308 (2008)
热学性质:5300 W/mK 电学性质:1/300光速
Nano Lett. 8, 902 (2008) Science, 306, 666 (2004)
精选
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石墨烯的表征—其它方法
石墨烯表征方法
热重—示差扫描
用于分析温度变化过程中的物理化学变化,如物质含量、 分解和氧化还原等,研究样品的热失重行为和热量变化。
低温氮吸附测试
测定石墨烯的孔结构和比表面积,计算比表面积、孔径大小、 孔分布、孔体积等物理参数。
傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)
用来识别化合物和结构的官能团,在石墨烯制备中主要用于 氧化石墨烯的基面和边缘位的官能团的识别。
石墨烯的优异性能
精选
19
制备方法 Preparation Method
C
精选
机械剥离法
碳纳米管横向切割法
微波法 电弧放电法 光照还原法 外延生长法
石墨烯制备方法
石墨氧化还原法 电化学还原法
石墨烯科普PPT课件

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第28页/共29页
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第29页/共29页
第10页/共29页
石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片, 鳞片的平均厚度约为30μm,横向尺寸在400μm左 右,这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热,就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
第11页/共29页
石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
第13页/共29页
石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析:在石墨烯样品微粒开始碎裂前,它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算,这一结果相当于要施加55牛顿的压 力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出 厚度相当于普通食品塑料包装袋的(厚度约100纳米)石 墨烯,那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。 换句话说,如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大 约两吨重的物品。
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。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导 电性。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达 到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中 的运动速度。这使得石墨烯中的电子,或更准确地, 应称为“载荷子”(electric charge carrier), 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石
石墨烯光学介绍PPT课件

For different w, the gate voltage Vg determined from
maximum (d R / R ) is different, following the relation
,
V mod
E F 2(v F )2 C |V g V 0|
dR/R
2EF
w
Slope of the line allows deduction of slope of the band structure
H
u1 u2
Ep, f *(k
),
f (k Ep
)
u1 u2
f (k ) [1 eik a1 eik a2 ]
E (k ) Ep | f (k ) |
Ep 3 2 cos k a1 2 cos k a2 2 cos k (a2 a1)
Ep 1 4 cos2 ( 3kxa / 2) 4 cos( 3kxa / 2) cos(3kya / 2)
No Image
x
IV
II
x
Transitions II & IV inactive Transition I active
36
Differential Bilayer Spectra (dD = 0)
(Difference between spectra of D0 and D=0)
I
I
IV
Larger bandgap stronger transition I
18
Experimental Arrangement
Det
OPA
Gold
Graphene
Doped Si
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Quantum Hall Effect
Y. Zhang et al, Nature 438,
Optical Studies of Graphene
Optical microscopy contrast; Raman spectroscopy; Landau level spectroscopy.
Optics on Graphene
Gate-Variable Optical Transitions in Graphene
Feng Wang, Yuanbo Zhang, Chuanshan Tian, Caglar Girit, Alex Zettl, Michael Crommie, and Y. Ron Shen, Science 320, 206 (2008).
Measure modulated reflectivity due to Vmod at V
(d R / R)
V
V0
( Analogous to dI/dV measurement in transport)
Results in Graphene Monolayer
= 350 meV
2EF
If dEF=0, then II and IV do not contribute
Bandstructure Change Induced by
D 0 (from D 0 with d D 0)
x
IV
I
x
I
Transitions II & IV inactive
Transition I active
Mechanically:
Large Young’s modulus.
Thermally:
High thermal conductance.
Exotic Behaviors
Quantum Hall effect, Barry Phase Ballistic transport, Klein paradox Others
/
(
vF )2
(E) 2E / vF2
EF vF | n |
n C(Vg V0 )
p-doped: V0 0
C:
capacitance
EF can be adjusted by carrier injection through Vg .
Experimental Arrangement
II, IV: Transition between conduction/valence
bands (~400 meV, dominated by van Hove singularity)
III, V: Transition between conduction and
valence bands (~400 meV, relatively weak)
Det
OPA
Gold
Graphene
290-nm Silica
Doped Si
Infrared Reflection Spectroscopy to Deduce Absorption Spectrum
Differential reflection spectroscopy: Difference between bare substrate and graphene on substrate
Band Structure of Graphene Bilayer
For symmetric layers, D = 0 For asymmetric layer, D 0
E. McCann, V.I.Fal’ko, PRL 96, 086805
Doubly Gated Bilayer
Asymmetry: D D (Db + Dt)/2 0 Carrier injection to shift EF: dF dD = (Db - Dt)
H
u1 u2
Ep, f *(k
),
f (k Ep
)
u1 u2
f (k ) [1 eik a1 eik a2 ]
E (k ) Ep | f (k ) |
Ep 3 2 cos k a1 2 cos k a2 2 cos k (a2 a1)
Ep 1 4 cos2( 3kxa / 2) 4 cos( 3kxa / 2) cos(3kya / 2)
EF vF | n |
n C(Vg V0 )
EF2 =( vF )2 C | Vg V0 |
The maximum determines Vg for the given EF.
Mapping Band Structure near K
For different w, the gate voltage Vg determined
dD = 0 x
IV
dD 0
III
Transition IV becomes active Peak shifts to lower energy as D
increases..
Ep vF k '
near K points
P.R.Wallace, Phys.Rev.71,622-
Band Structure of Monolayer Graphere
p-Electron Bands of Graphene Monolayer
Band Structure in Extended BZ
Other Possibilites
• Spectroscopic probe of electronic structure. • Interlayer coupling effect. • Electrical gating effect on optical transitions. • Others
Crystalline Structure of Graphite
Graphene
2D Hexagonal lattice
Band Structure of Graphene Monolayer
H Hat Hint (k )
Tight-binding calculation on bands:
Band Structure near K Points
~10 eV
Relativistic Dirac fermion.
Band Structures of Graphene Monolayer and Bilayer near K
Monolayer
Bilayer
K
x K
x
Vertical optical transition
Graphene
(A Monolayer of Graphite)
2D Hexagonal lattice
Properties of Graphene
Electrically:
High mobility at room temperature, Large current carrying capability
20 m
A
B
RA: bare substrate reflectivity RB: substrate + graphene
reflectivity
-dR/R (RA-RB)/RA versus w
dR/R = -Re[h(w)s(w)]
h(w) from substrate
s(w) from graphene: transitons
d D (Db Dt ) b (Vb -Vb0 ) / db t (Vt -Vt0 ) / dt 0
Lowest peak resistance corresponds to Db = DVtb0=, 0Vt0
.
Optical Transitions in Bilayer
I: Direct gap transition (tunable, <250 meV)
Det
OPA
Gold
Graphene
290-nm
Vg
Silica
Doped Si
Gate Effect on Monolayer Graphene
dR/R
X
XX
2EF
(E) 2E / v2F
Small density of states close to Dirac point E = 0 Carrier injection by applying gate vsEvohF;litfcatagne. bceanshliefatdedtobyla~r0g.e5 FeeVrmwiitehneVrgg~y 50
from maximu(dmR / R)
is different, following
the relationVmod
EF2 ( vF )2C |Vg,V0|
dR/R
2EF
Slope of the line allows deduction of slope of the band
structure (Dirac cvoFne)0.83106 m / s
Differential Bilayer Spectra (dD = 0)
(Difference between spectra of D0 and
I
D=0) I
IV
Larger bandgap stronger
transition I
because ot higher
Charge Injection without Change of Bandstructure (D fixed)
Raman Spectroscopy of Graphene