纳米材料--石墨烯的世界ppt
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超硬新材料石墨烯简介ppt课件
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。
.
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
.
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！
.
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
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
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PPT
航空航天领域应用
• 石墨烯的高导电性、高强度、超轻薄等特性， 可开发应用于航天领域的传感器，以便更精确 对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结 构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机 材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用.
这架小型飞机由巴西大 学生在航空工程学教师 保罗·恩里克斯的指导 下花费5年时间完成，是 巴西第一架完全使用碳 纤维制造的飞机并实现 每小时521公里的飞行速 度，打破了500公斤以下 级别小型飞机的飞行速 度世界纪录。
一 、石墨烯是什么?
• 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. • 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 (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
少层石墨烯 （Few-layer or multi-layer graphene）
• 概念：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂 巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆 垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛 构成的一种二维碳材料。
移动设备——可自由弯曲手机
• 韩国三星公司在研制课弯曲显示屏上技术最成熟 。多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏， 相信大规模商用指日可待。（中科院重庆绿色智 能技术研究所的石墨烯手机已经上市了）
二、石墨烯分类
单层石 墨烯
石墨 烯
双层石 墨烯 少层石 墨烯
单层石墨烯（Graphene）
• 概念：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结 构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维 碳材料。
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
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
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
16
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
石墨烯纳米材料PPT课件
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三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
第13页/共20页
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。
第17页/共20页
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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感谢您的观看！
第20页/共20页
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）
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）
石墨烯简介ppt
当时，他们发现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。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法 物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。 （1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带 粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石 墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。
（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚石墨烯的发展前景
作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子” 之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过 2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。
❖ 由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚 至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长 Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的 各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯 片。”
石墨烯电池
a （2）用于传感器 b
c
因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要 高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器， 在光电传感器检测光纤中携带的信息。
光电传感器 光敏二极管
（3）石墨烯复合材料 现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材 料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和 断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待 研究。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨 烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、 技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石 墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划， 未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石 墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从 实验室进入生产线和市场。
石墨烯科普PPT课件
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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。
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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
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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
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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。
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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
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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
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美国莱斯大学和佐治亚理工学院的一组科学家们 测试了小片“双层”石墨——两个相当于单原子厚度 的纯碳薄片彼此堆叠。科学家们利用聚集的离子 束照射它们使得它们产生微小的裂缝。随后拖拉 和扭转这一石墨，以观察这些裂缝扩张的速率， 直到材料最终断裂。 “石墨烯对裂缝的存在非常敏感。相比之下，倘若 钢铁里存在一个小裂缝，那还不是特别危险。钢 铁具有巨大的裂纹扩张阻力。石墨烯则更像窗户 的玻璃。
石墨烯的加工
机械剥离法 化学气相沉积法(CVD) 氧化-还原法 溶剂剥离法 加热Si-C法
1、机械剥离法
通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片 层。
2、加热SiC法
通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解 出石墨烯片层。Berger等人已经能可控地制备出 单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能 是未来大量制备石墨烯的主要方法之一。
石墨烯的应用
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，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 是2004年由曼 彻斯特大学科斯提亚• 诺沃谢夫和安德烈•盖 姆发现的，他们使用 的是一种被称为机械 微应力技术的简单方 法
石墨烯的结构
1、单原子层石墨晶体薄膜 2、碳原子构成的二维蜂窝状物质 3、只包括六角原胞（等角六边形）
石墨烯的神奇特性
石墨烯的性能
强度最高 —— 美国哥伦比亚大学的专家为了测试石 墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一 微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本， 然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。 结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳 米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这 个结果测算，要使 1 米长的石墨烯断裂，需要施加 相当于55 牛顿的压力。
第三：技术低端、忽视研发 与其他产业相比，新材料的研发投入高、周期长、产业化 风险较大。企业需要保持技术的敏感性和创新意识，并愿 意持续投入资金研发。综合考虑这些特点，导致不少企业 对于新材料研发不重视，甚至没有研发部门，直接向国外 高价购买成熟技术、设备。这样造成的恶果是国内企业基 本只能生产低端产品。 第四：污染严重 一直以来，钢铁、有色、水泥、玻璃这些传统材料行业对 环境的巨大污染早已为人诟病。而新材料产业对环境的破 坏也比较常见，急需解决。
新材料产业面临的问题
第一：炒作过甚
在世纪之交，世界各地刮起了一阵纳米狂热风。欧美、日本以及国内 争相出台纳米发展计划。科学家们纷纷预言“21世纪将是纳米时代”。 于是，国内一时之间出现了“纳米水“、”纳米电冰箱“、“纳米毛衣”、 “纳米化妆品”令人眼花缭乱、不明觉厉的产品。2010年获得诺贝尔奖 之后，石墨烯在不少研究方向上捷报频传。
对材料抵抗裂缝能力——也就是断裂韧性——的测量不仅仅 包括抗拉强度——也就是指当材料被拉伸时它断裂的可能 性，它还测量了当一种特定材料被扭曲时，它在断裂之前 所能忍受的“惩罚”。例如金属是可延展的，你需要反复扭 曲弯曲才能折断一根汤匙。玻璃能够抵抗扭曲，但它不具 有延展性，因此如果扭曲力或者拉伸力超过一定的极限， 它便会迅速断裂。即使是一个小裂缝也足以导致玻璃碎裂。 朱教授和莱斯大学的娄俊（Jun Lou）合作进行的研究发现， 有裂缝的石墨烯断裂的可能性是钢铁的10倍，且此时它的 断裂韧性更接近于氧化铝或者碳化硅基陶瓷。相对较低的 断裂韧性意味着一片石墨烯里一个小裂缝就足以摧毁它。 这样小的裂缝很可能是制造石墨时自然产生的结果。
第二：行业标Βιβλιοθήκη 缺失没有标准，就无法使用一个公认的准绳来衡量该产品的质量，致使产 品和企业真伪难辨、优劣难辨。市面上同样的商品，价格千差万别， 势必损害消费者对商品的信任度。而且，没有标准，高端产品不能区 分开来，最终陷入低劣产品的价格战的乱像。所以，行业标准缺失往 往被认为行业混乱的源头。作为新兴产物，正处在快速发展的新材料 产业领域，标准缺失问题尤其明显。
利用石墨烯试 制的触摸面板
含有石墨烯的柔性材料在产业化过程中 可作为一种透明导电材料，应用在可弯 曲、可折叠电子显示器的生产中。
13年E-Ink推出世界最薄电子纸手表，厚度仅为0.8毫米
石墨烯的其他用途
1、透明电极——染料太阳能电池的正极 2 、电化学生物传感器——石墨烯为电子传 输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电 子转移 3 、超级电容器——高效储存和传递能量的 体系 , 它具有功率密度大 , 容量大 , 使用寿命 长,经济环保 4 、能源存储——质量轻、高化学稳定性和 高比表面积 5 、复合材料——独特的物理、化学和机械 性能为复合材料的开发提供了原动力
CVD法
使用的是一种以镍 为基片的管状简易 沉积炉,通入含碳气 体 , 例如 , 碳氢化合 物,它在高温下分解 成碳原子沉积在镍 的表面,形成石墨烯, 通过轻微的化学刻 蚀,使石墨烯薄膜和 镍片分离得到石墨 烯薄膜。
溶液剥离法
原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低 浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨 层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层 间,进行层层剥离,制备出石墨烯
纳米材料——石 墨烯的世界
制作者 安雪 2014年05月
1985
发现富勒烯
1991
1996
2004
发现碳纳米管
富勒烯的发现者获得了诺贝化学奖。 石墨烯首次制备成功
2010
Geim教授获得诺贝尔物理学奖
2014
结 构
石墨烯
什么是石墨烯
石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成 单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材 料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万 分之一，是构建其它维数碳质材料（如零 维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的 基本单元，具有极好的结晶性、力学性能 和电学质量
限制石墨烯实际应用的相关课题
高品质
如何在所要求的基板或位置 制作出不含缺陷及杂质的 高品质的任意层数的石墨烯
制备工 艺课题
进一步改进CVD法或开 大面积 发新的制备工艺制备所 要求基板的大面积石墨烯
石墨烯产品最终能否抢占硅 量产化 材料产品地位，取决于其 能否实现工业化标准化生产
石墨烯也像陶瓷一样脆弱！
石墨烯的加工
机械剥离法 化学气相沉积法(CVD) 氧化-还原法 溶剂剥离法 加热Si-C法
1、机械剥离法
通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片 层。
2、加热SiC法
通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解 出石墨烯片层。Berger等人已经能可控地制备出 单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能 是未来大量制备石墨烯的主要方法之一。
石墨烯的应用
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，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 是2004年由曼 彻斯特大学科斯提亚• 诺沃谢夫和安德烈•盖 姆发现的，他们使用 的是一种被称为机械 微应力技术的简单方 法
石墨烯的结构
1、单原子层石墨晶体薄膜 2、碳原子构成的二维蜂窝状物质 3、只包括六角原胞（等角六边形）
石墨烯的神奇特性
石墨烯的性能
强度最高 —— 美国哥伦比亚大学的专家为了测试石 墨烯的强度，先在一块硅晶体板上钻出一些直径一 微米的孔，每个小孔上放置一个完好的石墨烯样本， 然后用一个带有金刚石探头的工具对样本施加压力。 结果显示，在石墨烯样品微粒开始断裂前，每100纳 米距离上可承受的最大压力为2．9 微牛左右。按这 个结果测算，要使 1 米长的石墨烯断裂，需要施加 相当于55 牛顿的压力。
第三：技术低端、忽视研发 与其他产业相比，新材料的研发投入高、周期长、产业化 风险较大。企业需要保持技术的敏感性和创新意识，并愿 意持续投入资金研发。综合考虑这些特点，导致不少企业 对于新材料研发不重视，甚至没有研发部门，直接向国外 高价购买成熟技术、设备。这样造成的恶果是国内企业基 本只能生产低端产品。 第四：污染严重 一直以来，钢铁、有色、水泥、玻璃这些传统材料行业对 环境的巨大污染早已为人诟病。而新材料产业对环境的破 坏也比较常见，急需解决。
新材料产业面临的问题
第一：炒作过甚
在世纪之交，世界各地刮起了一阵纳米狂热风。欧美、日本以及国内 争相出台纳米发展计划。科学家们纷纷预言“21世纪将是纳米时代”。 于是，国内一时之间出现了“纳米水“、”纳米电冰箱“、“纳米毛衣”、 “纳米化妆品”令人眼花缭乱、不明觉厉的产品。2010年获得诺贝尔奖 之后，石墨烯在不少研究方向上捷报频传。
对材料抵抗裂缝能力——也就是断裂韧性——的测量不仅仅 包括抗拉强度——也就是指当材料被拉伸时它断裂的可能 性，它还测量了当一种特定材料被扭曲时，它在断裂之前 所能忍受的“惩罚”。例如金属是可延展的，你需要反复扭 曲弯曲才能折断一根汤匙。玻璃能够抵抗扭曲，但它不具 有延展性，因此如果扭曲力或者拉伸力超过一定的极限， 它便会迅速断裂。即使是一个小裂缝也足以导致玻璃碎裂。 朱教授和莱斯大学的娄俊（Jun Lou）合作进行的研究发现， 有裂缝的石墨烯断裂的可能性是钢铁的10倍，且此时它的 断裂韧性更接近于氧化铝或者碳化硅基陶瓷。相对较低的 断裂韧性意味着一片石墨烯里一个小裂缝就足以摧毁它。 这样小的裂缝很可能是制造石墨时自然产生的结果。
第二：行业标Βιβλιοθήκη 缺失没有标准，就无法使用一个公认的准绳来衡量该产品的质量，致使产 品和企业真伪难辨、优劣难辨。市面上同样的商品，价格千差万别， 势必损害消费者对商品的信任度。而且，没有标准，高端产品不能区 分开来，最终陷入低劣产品的价格战的乱像。所以，行业标准缺失往 往被认为行业混乱的源头。作为新兴产物，正处在快速发展的新材料 产业领域，标准缺失问题尤其明显。
利用石墨烯试 制的触摸面板
含有石墨烯的柔性材料在产业化过程中 可作为一种透明导电材料，应用在可弯 曲、可折叠电子显示器的生产中。
13年E-Ink推出世界最薄电子纸手表，厚度仅为0.8毫米
石墨烯的其他用途
1、透明电极——染料太阳能电池的正极 2 、电化学生物传感器——石墨烯为电子传 输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电 子转移 3 、超级电容器——高效储存和传递能量的 体系 , 它具有功率密度大 , 容量大 , 使用寿命 长,经济环保 4 、能源存储——质量轻、高化学稳定性和 高比表面积 5 、复合材料——独特的物理、化学和机械 性能为复合材料的开发提供了原动力
CVD法
使用的是一种以镍 为基片的管状简易 沉积炉,通入含碳气 体 , 例如 , 碳氢化合 物,它在高温下分解 成碳原子沉积在镍 的表面,形成石墨烯, 通过轻微的化学刻 蚀,使石墨烯薄膜和 镍片分离得到石墨 烯薄膜。
溶液剥离法
原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低 浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨 层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层 间,进行层层剥离,制备出石墨烯
纳米材料——石 墨烯的世界
制作者 安雪 2014年05月
1985
发现富勒烯
1991
1996
2004
发现碳纳米管
富勒烯的发现者获得了诺贝化学奖。 石墨烯首次制备成功
2010
Geim教授获得诺贝尔物理学奖
2014
结 构
石墨烯
什么是石墨烯
石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成 单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材 料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万 分之一，是构建其它维数碳质材料（如零 维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的 基本单元，具有极好的结晶性、力学性能 和电学质量
限制石墨烯实际应用的相关课题
高品质
如何在所要求的基板或位置 制作出不含缺陷及杂质的 高品质的任意层数的石墨烯
制备工 艺课题
进一步改进CVD法或开 大面积 发新的制备工艺制备所 要求基板的大面积石墨烯
石墨烯产品最终能否抢占硅 量产化 材料产品地位，取决于其 能否实现工业化标准化生产
石墨烯也像陶瓷一样脆弱！