新材料之王——石墨烯

石墨烯的发展前景
• 由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优 势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感 器，就能很好的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.
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION!
石墨烯的结构特点
• 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只 吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温 下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率 只约1 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低， 电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一 代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适 合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯的优越性
• 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时 它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯 做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只一千克的猫。
石墨烯的优越性
• 石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即 使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透 明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
• 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。
石墨烯的结构特点
石墨烯的结构特点
• 石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形， 厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键 赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢 铁强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键 的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300， 赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光 区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石Байду номын сангаас烯 的透过率远远高于ITO薄膜。
石墨烯的发展前景
• 消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。 柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显 示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年，平板电 脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，为石墨烯的应用提供了广阔的 市场。韩国三星公司的研究人员也已制造出由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。
• 作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料， 石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将 “彻底改变21世纪”。
石墨烯的发展前景
石墨烯的发展前景
• 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来 生产未来的超级计算机。据相关专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理 器的运行速度将会快数百倍。
石墨烯的分类
• 单层石墨烯（Graphene）：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。
• 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（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AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳 材料。
新材料之王——石墨烯
张见齐 2015级电子班 201511210228
什么是石墨烯
• 石墨烯（Graphene）墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有 一层原子厚度的二维晶体。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德 烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨 中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人 也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
• 少层石墨烯（Few-layer）：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。
• 多层或厚层石墨烯（multi-layer graphene）：指厚度在10层以上10nm以下苯环结构（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。
石墨烯的发展前景
• 新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻省理工学院 已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板，可极大降低制 造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型 数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽 车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的 发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。