【课件】石墨烯量子点制备及应用ppt
石墨烯量子点的制备及其光电性能研究
石墨烯量子点的制备及其光电性能研究石墨烯量子点，是一种纳米级别的石墨烯，尺寸一般在10-100纳米之间，具有优异的电子和光学性能。
因此，石墨烯量子点作为一种新型材料，在电子、光子、催化等领域应用潜力巨大。
1. 制备石墨烯量子点的方法目前，制备石墨烯量子点的方法主要包括化学还原、杂化反应和机械剥离法三种。
化学还原法是最常见的制备方法之一。
在这种方法中，氧化石墨烯和还原剂在氢气氛围下反应，制备石墨烯量子点。
不同的还原剂可以获得不同尺寸、形状、表面功能的石墨烯量子点。
杂化反应法是另一种制备石墨烯量子点的方法。
在这种方法中，有机和无机的前体物质通过反应制备石墨烯量子点。
这种方法可以制备高纯度、单分散的石墨烯量子点。
机械剥离法是一种新兴的制备石墨烯量子点方法。
在这种方法中，石墨烯基材被机械力剥离成微小尺寸的石墨烯量子点。
这种方法可以制备出高品质的石墨烯量子点，但是需要耗费较大的能量。
2. 石墨烯量子点的光电性质石墨烯量子点具有多种优秀的光电性质，包括可见光吸收、光致发光、高强度荧光、多色发光和准二维结构等。
这些性质广泛应用于生物成像、LED显示器、荧光探针等领域。
石墨烯量子点的可见光吸收属性优秀，其吸收带随着量子点尺寸的缩小而向更短波长方向移动。
此外，石墨烯量子点的光致发光效应也具有良好的应用前景。
光致发光效应是指在受到激发后，材料能够发出荧光，从而实现物质成像或信息传递。
3. 石墨烯量子点的应用石墨烯量子点具有广泛、迅速地发展应用，其应用领域包括生物成像、荧光标记、LED显示器、光电催化等。
生物成像是石墨烯量子点的重要应用之一。
通过改变石墨烯量子点的尺寸、形状和表面官能团，可以实现对不同生物分子和细胞的检测和成像。
荧光标记是石墨烯量子点在生物和化学领域中的又一应用。
石墨烯量子点作为高度荧光性的材料，可以实现生物样品的精确标记和检测。
LED显示器是石墨烯量子点在光电领域的又一应用，它可以替代传统的荧光粉和有机染料，实现更高的效率、更低的成本和更加稳定的性能。
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。
石墨烯的制备方法PPT课件
中国科技论文在线，2011年第六卷第三期，187-190第14页/共1源自页5.过渡族金属衬底CVD法
首先沉积 一层过渡族金属(如 Fe、Cu、Ni、Pt、 Au、Ru、Ir等)薄膜 作为衬底，利用其 与C的高温固溶，然 后冷却析出，再表 面重构，形成石墨 烯。优点是有利于 大面积晶圆级石墨 烯生长；缺点是层 数精确控制较难， 需要进行金属衬底
单层石墨烯
富勒烯
碳纳米管
石墨
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Nature Materials, 2007,6:183-191
3.神奇特性
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二. 石墨烯的制备方法
1.微机械剥离法 2.取向附生法 3.外延生长法 4.氧化石墨还原法 5.过渡族金属衬底CVD法
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1.微机械剥离法
微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从 较大的晶体上剪裁下来。英国曼彻斯特大学的Geim等于2004年用 微机械剥离法成功地从高定向热解石墨上剥离并观测到单层石墨 烯。
硫酸和过氧化氢清洗
800 ℃退火30 min 清洁基片
用玻璃碳纤维作为原料外延生长碳层 800℃～900℃退火30 min
Ni表面即可形成多层石墨烯
Solid State Communications, 2010, 150: 809-811
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4. 氧化石墨还原法
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The end, thanks!
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化学气相沉积法 • 不足：成本较高，工艺复杂
石墨烯量子点的制备
石墨烯量子点的制备石墨烯量子点的制备方法主要分为物理法和化学法两种。
物理法是通过物理手段如机械剥离、离子注入等制备石墨烯量子点。
化学法则是以石墨烯为原料，通过化学反应将石墨烯切割成量子点。
在物理法制备石墨烯量子点方面，机械剥离法是最常用的方法之一。
该方法是将石墨烯片材粘贴在聚合物薄膜上，然后将其浸泡在溶液中，通过反复剥离和清洗，最终得到分散的石墨烯量子点。
但是，机械剥离法的产量较低，不适应大规模生产。
化学法制备石墨烯量子点主要包括两种方法：有机合成法和无机合成法。
有机合成法是以有机物为原料，通过加热、加压等手段合成石墨烯量子点。
而无机合成法则是以无机物为原料，通过高温、高压等手段制备石墨烯量子点。
在实验过程中，我们发现石墨烯量子点的生长机制主要是基于分子扩散和表面能原理。
在制备过程中，石墨烯量子点的结构特点受到制备温度、反应时间等因素的影响。
同时，石墨烯量子点的性质也与它的尺寸密切相关。
通过对实验结果的分析，我们发现制备石墨烯量子点的关键在于控制制备温度和反应时间，以获得尺寸均一、分散性好的量子点。
此外，石墨烯量子点的应用研究也正在广泛开展，例如在太阳能电池、生物医学成像和传感器等领域的应用。
总之，石墨烯量子点的制备方法及其研究进展在能源、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
未来，我们需要进一步探索制备高质量石墨烯量子点的优化工艺，为实现其在实际应用中的广泛应用奠定基础。
针对石墨烯量子点的性质和功能展开深入研究，以便更好地发掘和发挥其潜力，促进相关领域的发展和创新。
关键词：石墨烯量子点，制备，传感，成像摘要：石墨烯量子点是一种新型的材料，具有优异的物理化学性能，在传感和成像领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及在传感和成像领域的应用研究进展。
引言：石墨烯量子点是一种由单层碳原子组成的零维材料，具有优异的电学、光学和化学性能，在光电子、能源、生物医学等领域备受。
近年来，石墨烯量子点在传感和成像领域的应用研究取得了一系列重要的进展，成为了一种新型的纳米生物传感器和成像剂。
碳纤维法制取石墨烯量子点ppt
Hummers法的缺陷
• 实际操作中，这种方法的步骤较多，对合 成过程的影响因素较多，造成了其产率较 低。
原料：
• 鳞片石墨：300目，青岛大和石墨有限公司； • 硝酸钠：分析纯，成都科龙化工试剂厂； • 浓硫酸：98％（质量分数，下同），四川 西陇化工有限公司； • 高锰酸钾：分析纯，成都科龙化工试厂； • 过氧化氢：30％，成都科龙化工试剂厂； • 水合肼：分析纯，成都科龙化工试剂厂。
Hummers法合成氧化石墨烯
一、碳纤维法制取石墨烯量子点
• 机理：化学官能团（如羟基或环氧 基）在 C---C晶格上排列成链状结 构，使所在的石墨域沿着锯齿方向 有断裂倾向，引发纤维结构和二维 石墨域的裂解，从而形成GQDs.
具体方法：
1、0.30g碳纤维（Fibre Glast Development Corporation购买）加入到浓硫酸(60ml)和 浓硝酸（20ml）的混合液中。 2、混合后的溶液被超声2小时后，分别在 80℃,100℃,120℃下搅拌24小时。 3、使混合物冷却后用800ml蒸馏水进行稀释。 4、用碳酸钠调节pH=8后，将最后的溶液放入 透析袋中3天进行透析。
碳纤维法制取GQDs的优点：
• 这种一步到位的技术比现有的石墨烯量子 点研制工艺更为简化，所得到的量子点不 足5纳米，具有高溶解性，大小可以通过设 定制造时的温度来加以控制。 • 实验显示，这些量子点的大小以及与此相 关的光致发光特性可以在相对较低的制造 温度下进行控制。在120摄氏度、100摄氏 度和80摄氏度时，可获得发蓝色、绿色和 黄色冷光（荧光）的量子点。
石墨烯纳米材料PPT课件
三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
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石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱
由图，G峰是石墨烯的主要特征峰， 由sp2碳原子的面内振动引起的，出 现在1580cm-1附近，该峰能有效反 映石墨烯的层数；D峰被认为是石 墨烯的无序振动峰，它是由于晶格 振动离开布里渊区中心引起的，用 于表征石墨烯样品中的结构缺陷或 边缘；G’峰是双声子共振二阶拉曼 峰，用于表征石墨烯样品中碳原子 的层间堆垛方式。
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石墨烯五大应用领域
•
1.光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、
可穿戴设备、OLED（有机电激光显示）、太阳能等领域中发挥作用。这也是目前来自认最可能首先实现商品化的领域。
•
2.能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常
好的导电性。采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍
END
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物理法：
微机械剥离法、取向附生法 、液相和气相直接剥离法、碳纳米管剪切法。
化学法：
化学氧化还原法、化学气相沉积法、化学溶液直接剥离法、SiC高温分
解法、PMMA碳化法、有机合成法。
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1、机械剥离法：
• 机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械 力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥 离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术
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碳的同素异形体： 零维（石墨稀量子点（GQDs），富勒烯） 一维（碳纳米管，石墨稀纳米带） 二维（石墨稀） 三维（石墨，金刚石）
石墨烯-PPT
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。ຫໍສະໝຸດ 石墨烯可作为宇宙学研究的平台
四、石墨烯的应用
氧化石墨烯
Dikin等制成了无支撑氧化石墨烯纸状 材料。氧化石墨烯片是以一种接近平行 的方式相互连接或瓦片式连接在一起形 成的，拉伸试验表明氧化石墨烯纸具有 较高的拉伸模量和断裂强度，其平均模 量为32 GPa，性能与用类似方法制备的 碳纳米管布基纸相当。
微电子领域
微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人 员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生 产未来的超级计算机。 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。可在 26GHz频率下运作可望使该种材料超越硅的极限， 达到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)领 域。
4，电子的相互作用
石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格 间均存在着强烈的相互作用。 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相 互作用强烈，而且电子和电子之间也有很 强的相互作用。
5、其它特殊性质 ① 石墨烯具有明显的二维电子特性。 ② 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 ③ 石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描 述比薛定谔方程更 ④ 好可控渗透性 ⑤ 离子导电体各向异性 ⑥ 超电容性 „„„„„„
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
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载流子迁移率，有意的机械柔性和良好的热
学，化学稳定性，这种单层碳原子组成的二
维材料引起了科学家们的广泛关注。
此外，零维量子点这种材料允许通过
尺寸或者形状来控制材料的基本性质，而这
将有助于发展材料的新属性，从而应用于新
设备。
2.石墨烯量子点的制备方法
2.1水热法 2.2溶剂热法 2.3微波辅助法
溶剂热法实验步骤：
(1)GO用DMF(N-N二甲基安酰胺)分散：
GO/DMF=5~50mg/ml
(2)超声：120W，100HZ，30min
(3)反应釜加热：聚四氟乙烯内衬反应
釜，200℃加热8小时。
(4) 棕色悬浮液旋转蒸发制得GQDs
2.2溶剂热法
制得的GQDs横向尺 寸5.3nm，厚度1.2nm， 大多是单层或双层。
特点：金属纳米粒子表面积大，催化性能高，有利于电子迁移。
硼掺杂石墨烯量子点的制备
GO,N2于管式炉 200℃2h，GSs
石英舟底部铺上B2O3，再铺GSs， 于管式炉，Ar，1100℃，4h
冷却，3MNaOH回流2h， 抽滤洗涤，真空干燥得BG
0.05g+30ml浓HNO3+10ml 浓H2SO4，100W超声17h
与N2于管式炉200℃2h， 得热还原BGSs
BG与40%HNO3回流24h， 抽滤洗至中性，真空干燥
超纯水稀释250ml， 0.22um滤膜，干燥
溶于NaOH,调节 pH=8~8.5
将50ml溶液置于反应釜， 200℃反应11.5h
经0.22um滤膜抽滤， 透析12h得到BGQDs
谢谢观赏
3.石墨烯量子点生物成像
上述实验证明了GQDs可用作高效生物
探针。
并且在高达400ugGQDs、104个细胞
培养基中，也没有明显减少细胞活性。以及
对神经球细胞，心脏祖细胞，胰腺祖细胞均
无明显毒性，GQDs低毒性可以与碳点相媲 美。
分子取代掺杂
4.掺杂型石墨烯制作方法
非金属原子
金属原子
杂原子取代了碳原子， 从而改变石墨烯性质
(a)TEM和晶粒分布图 (b)AFM与高度分布图
()
2.3微博辅助法
微波辐照
超声后 NaOH调制 pH=8
离散时间信号和离散时间系统
蓝色荧光
分离透析制得黄 绿色荧光GQDs
3.石墨烯量子点生物成像
(a)MG-63细胞的明场像
(b)405nm光激发下的图像
将MC3T3细胞在GQDs溶液中培养12h，共聚焦荧光显微镜 下，405nm下激发，观察到绿色荧光。
主要掺杂方法
表面掺杂
石墨烯与掺杂剂之间通过 共价键或非共价键结合
4.1分子取代掺杂
硼掺杂石墨烯 实验步骤： 石墨烯(1)为在母A体r氛，围管中式，炉B12O203为0℃硼4源h。， (2)3MNaOH回流2h，真空干燥
得BG。
离散时间信号和离散时间系
统
图4.1 BG表面氧化还原进程电子转移示意图
金属原子掺杂
溶液混合法：
(1)分别以氯金酸，氯铂酸钾为金，铂源源自以氧化石墨烯为母体，混合磁力搅拌溶
于乙二醇与水溶液。
(2)在磁力搅拌下100℃油浴6h。
(3)离心水洗，60℃真空干燥12h。
金属源与母体 石墨烯混合
混合物磁力搅拌 溶于水与乙二醇
离心水洗， 真空干燥
磁力搅拌 100℃油浴6h
石墨烯量子点制备及应用
光电信息学院 学生：冯序
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1.石墨烯量子点概述 2.石墨烯量子点制备方法 3.石墨烯量子点生物成像 4.掺杂型石墨烯制作方法 5.硼掺杂石墨烯量子点的制备
1.石墨烯量子点概述
图1.1 石墨烯量子点示意图
石墨烯量子点由于其比表面积大，高的
2.1水热法石墨烯量子点制备
图2.1 水热法制备GQDs
水热法步骤： (1)水热还原：GO——
GSs (2)氧化GSs：浓H2SO4 与浓HNO3 (3)碱性条件热水处理：
pH=8 (4)透析提纯制得GQDs
制得的GQDs直径分布在5~13nm，厚度在 1~2纳米，发蓝色荧光。
2.2溶剂热法