新型材料石墨烯
石墨烯发展历程
石墨烯发展历程石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构，具有极高的导电性、导热性和机械强度，被誉为“未来材料之王”。
石墨烯的发现和研究历程可以追溯到20世纪60年代，但直到2004年才被成功分离出来，随后引起了全球科学界的广泛关注和研究。
石墨烯的发现石墨烯的发现可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们通过电子显微镜观察到了一种由碳原子构成的薄膜结构，但由于当时技术条件的限制，无法对其进行深入的研究和应用。
直到2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地将石墨烯从石墨中分离出来，并发现了其独特的物理和化学性质，这一发现被誉为“二十一世纪最重要的科学发现之一”。
石墨烯的研究自石墨烯被发现以来，全球科学界对其进行了广泛的研究和探索。
研究表明，石墨烯具有极高的导电性、导热性和机械强度，可以应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
此外，石墨烯还具有良好的光学性质和化学稳定性，可以应用于光电器件、催化剂等领域。
石墨烯的应用随着石墨烯的研究不断深入，其应用领域也在不断扩展。
目前，石墨烯已经应用于电子器件、传感器、储能材料、光电器件、催化剂等领域。
其中，石墨烯在电子器件领域的应用最为广泛，可以用于制造高性能的晶体管、集成电路等器件。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，具有广阔的应用前景。
石墨烯的未来石墨烯作为一种具有广泛应用前景的新型材料，其未来发展前景十分广阔。
随着石墨烯的研究不断深入，其应用领域也将不断扩展。
未来，石墨烯有望应用于更多的领域，如生物医学、环境保护等领域。
此外，石墨烯的制备技术也将不断改进和完善，使其在工业化生产中得到更广泛的应用。
总结石墨烯的发现和研究历程可以追溯到20世纪60年代，但直到2004年才被成功分离出来。
自此以后，全球科学界对石墨烯进行了广泛的研究和探索，发现了其独特的物理和化学性质，并将其应用于电子器件、传感器、储能材料、光电器件、催化剂等领域。
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。
石墨烯材料的电化学性能研究
石墨烯材料的电化学性能研究石墨烯作为一种新型的二维材料，具有独特的结构和性能，引起了广泛的研究兴趣。
在过去的几年里，科学家们对石墨烯材料的电化学性能进行了深入地研究，并取得了一系列重要的发现和突破。
本文将就石墨烯材料的电化学性能进行探讨，以期加深我们对石墨烯材料的认识。
首先，石墨烯材料具有优异的导电性能。
由于石墨烯只由一个碳原子层组成，因此它具有极高的电子迁移率和导电性。
研究表明，石墨烯的电子迁移率可以达到几千cm²/Vs，是传统的硅材料的数百倍以上。
这使得石墨烯成为一种极具潜力的导电材料，在电子器件和能源存储领域具有广阔的应用前景。
其次，石墨烯还具有良好的电催化活性。
石墨烯的独特结构和电子性质使其具有优异的催化性能，可以用于电催化反应。
研究表明，石墨烯可以作为电催化剂来催化氧还原反应、氢还原反应和氧气还原反应等重要的电化学反应。
这些电化学反应在能源转换和储存等方面具有重要的应用价值。
石墨烯材料的优异电催化活性使其成为一种理想的电催化剂，有望推动电化学领域的发展。
此外，石墨烯还展示出出色的超级电容性能。
超级电容器是一种能够实现高密度能量储存和高速充放电的电化学能量储存装置。
石墨烯作为超级电容器电极材料具有独特的优势。
研究表明，石墨烯电极具有高比电容和良好的循环稳定性。
这主要归功于石墨烯的大比表面积、极高的电导率和优异的化学稳定性。
因此，石墨烯在超级电容器领域具有广阔的应用前景。
另外，石墨烯还可以用于柔性电子器件。
柔性电子器件是一类可以与可弯曲、可拉伸等形变特性相适应的电子器件。
石墨烯由于其高柔韧性和柔性的基底材料特性，使得它成为一种理想的柔性电子器件材料。
研究表明，石墨烯可以用于制备柔性传感器、柔性显示器和柔性光电器件等。
这些柔性电子器件具有广泛的应用前景，可以应用于生物医学、智能穿戴设备和可穿戴电子等领域。
最后，尽管石墨烯材料的电化学性能已经有了很多突破和进展，但仍然存在一些挑战和问题。
石墨烯制冷原理
石墨烯制冷原理
石墨烯作为一种新型的材料，具有很多的独特性质，其中之一就是
它的热导率极高，这使得它可以成为一种优秀的制冷材料。
以下是石
墨烯制冷的原理以及实现过程：
1. 原理
石墨烯具有极高的热导率，这使得石墨烯可以在温度差的作用下，将
热量从高温处传导到低温处。
利用这个特性，科学家们提出了一种新
型的制冷方式，即基于石墨烯的热电材料制冷。
这种制冷方式的原理
是利用电-热效应，将石墨烯置于两个不同温度的热源之间，然后通过
调节外部电场的强度，从而在石墨烯中形成一个电势梯度，使得电子
在石墨烯中运动，并带走热量。
这样就可以将热量从高温处传导到低
温处，实现制冷效果。
2. 实现过程
（1）制备石墨烯，首先需要选择一种适合的化学方法，如机械剥离法、化学气相沉积法等，来制备高质量的石墨烯。
此外，还需要对制备的
石墨烯进行表征和测试，以确保其质量和性能符合需求。
（2）搭建制冷系统，将制备好的石墨烯材料放置在制冷系统中，并与
两个不同温度的热源相连。
（3）调节电场强度，科学家们在石墨烯表面施加一定电场，从而在石墨烯中形成一个电势梯度。
随着电子的运动，热量被带走，温度差也逐渐减小。
（4）监测温度变化，通过实时监测石墨烯和热源的温度变化，可以得出制冷效果，从而对制冷系统进行调整和优化，以提高其制冷效率和稳定性。
总之，石墨烯的制冷原理基于其极高的热导率和热电效应，通过施加电场来从高温区向低温区传导热量，实现制冷效果。
虽然这种制冷方式还处于实验室阶段，但随着技术的不断进步，它有望成为一种全新的高效制冷方式。
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
石墨烯原材料
石墨烯原材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有出色的导电性、热导性和机械性能，被誉为21世纪的“黑金”。
作为石墨烯的原材料，石墨矿石是其最主要的来源之一。
石墨矿石是一种含碳量高达80%以上的矿石，主要成分是石墨，同时还含有少量的杂质。
石墨矿石通常以天然石墨、胶片石墨和晶体石墨等形式存在。
在石墨矿石中提取石墨烯，首先需要对石墨矿石进行粉碎、浮选等物理化学方法的处理，然后经过高温等条件下的化学氧化、还原等反应，最终得到石墨烯。
除了石墨矿石外，石墨烯的原材料还包括石墨烯氧化物和石墨烯衍生物。
石墨烯氧化物是一种由石墨烯和氧原子构成的化合物，通常是通过氧化石墨烯的方法得到的。
石墨烯衍生物则是指通过对石墨烯进行功能化改性，形成不同性质和用途的新材料。
这些衍生物可以是石墨烯的氧化物、硫化物、氮化物等多种形式。
在石墨烯的生产过程中，选择合适的原材料对于石墨烯的质量和性能至关重要。
石墨矿石作为石墨烯的主要原材料之一，其质量和纯度直接影响着石墨烯的最终性能。
因此，在石墨烯的生产中，需要对石墨矿石进行严格的筛选和加工，以保证石墨烯的质量。
在石墨烯的应用领域中，石墨烯的原材料选择也是至关重要的。
不同的原材料可以制备出具有不同性能和用途的石墨烯制品，如导电材料、柔性显示器、超级电容器等。
因此，在石墨烯的应用中，需要根据具体的需求选择合适的原材料，并进行相应的加工和改性，以满足不同领域的需求。
总的来说，石墨烯的原材料包括石墨矿石、石墨烯氧化物和石墨烯衍生物等多种形式。
这些原材料在石墨烯的生产和应用中起着至关重要的作用，对于石墨烯的质量和性能具有重要影响。
因此，在石墨烯产业的发展中，需要加大对石墨烯原材料的研究和开发，不断提高石墨烯的质量和性能，推动石墨烯产业的健康发展。
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。
关于石墨烯的参考文献
关于石墨烯的参考文献石墨烯是由未来材料学大师安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）于2004年发现的一种新型碳材料。
这种材料的发现颠覆了传统碳材料的应用前景和开拓领域。
以下是对石墨烯的参考文献的内容生动、全面、有指导意义的分析和总结。
1. 《石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域的应用研究综述》本文详细分析了石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域的应用。
石墨烯因其出色的导电性、导热性和高强度，被广泛地应用于生物医学领域。
将石墨烯与纳米材料复合可以改善石墨烯的可溶性和生物相容性，扩展了其应用范围。
这篇文章通过实例和案例详细阐述了石墨烯基纳米复合材料在生物医学领域中的特点和应用。
2. 《石墨烯光电器件的研究进展与展望》本文介绍了石墨烯光电器件在研究方面的进展和展望。
石墨烯具有极高的光电转换效率和广泛的吸收光谱范围，这使得它在制作光电器件方面具有天生优势。
在这篇文章中，作者以石墨烯光电器件的制备和性能控制为切入点，通过回顾石墨烯光电器件的研究进展，提出了一些可能的研究方向和未来发展趋势。
3. 《石墨烯复合材料填充剂的制备及其应用研究》本文主要研究石墨烯复合材料填充剂的制备及其应用研究。
石墨烯的出色性能和纳米级别的粒度，使其成为一种理想的高效填充剂。
在石墨烯掺杂的材料中，它能够显著提高材料的强度、硬度和热导率等性能。
这篇文章通过实验研究探索了石墨烯复合材料填充剂的制备方法和应用场景，并提出了具体的操作规范和注意事项。
4. 《石墨烯电池的制备与应用研究》本文重点研究了石墨烯电池的制备和应用。
石墨烯因其出色的导电性和机械性能，成为电池制备领域不可或缺的材料。
在石墨烯电池的制备和应用方面，本文详细介绍了纳米和复合石墨烯电极的制备方法、应用场景和性能等方面的特点。
基于实验结果，文章提出了石墨烯电池应用的展望和未来可能的研究方向。
总之，石墨烯是一种未来具有巨大潜力的材料。
石墨烯基复合材料的制备及性能分析
石墨烯基复合材料的制备及性能分析石墨烯是一种新型的碳材料，由于其独特的结构和优异的性能，被广泛应用于材料科学领域。
石墨烯基复合材料作为一种将石墨烯与其他材料复合而成的新材料，具有石墨烯的优势和复合材料的多功能性，因此在材料制备和性能分析方面备受关注。
一、石墨烯基复合材料的制备方法目前，制备石墨烯基复合材料的方法主要包括机械混合法、溶液处理法和化学气相沉积法等。
机械混合法是最简单的制备方法，将石墨烯和其他材料进行物理混合。
这种方法操作简单，成本低廉，但是石墨烯与其他材料的界面结合较弱，对复合材料性能的提升有限。
溶液处理法是通过将石墨烯分散于溶液中，与其他材料形成复合体。
这种方法不仅能够提高石墨烯与其他材料的界面结合，还可以调控复合体的结构和性能。
然而，溶液处理法对石墨烯的分散性要求较高，操作复杂。
化学气相沉积法是一种高温气相合成法，通过在金属基底上沉积石墨烯。
这种方法制备的石墨烯基复合材料具有较高的结晶质量和界面结合强度，但是设备要求高、制备时间长。
二、石墨烯基复合材料的性能分析石墨烯基复合材料的性能主要包括力学性能、导电性能和热学性能等。
力学性能是衡量材料抗拉、抗压、抗弯等力学性能的指标。
石墨烯具有极高的强度和刚度，因此能够大幅提升复合材料的力学性能。
石墨烯基复合材料的强度和刚度通常随着石墨烯含量的增加而增加，但是当石墨烯含量过高时，由于石墨烯的堆叠导致复合材料的脆性增加。
导电性是衡量材料传导电流的性能指标。
石墨烯是一种具有优异导电性的材料，其导电性能主要取决于石墨烯的层数和形态。
石墨烯基复合材料通常具有较好的导电性能，且导电性能能够随着石墨烯含量的增加而增加。
热学性能是衡量材料导热性能的指标。
石墨烯具有很高的导热性能，因此能够显著提高复合材料的导热性能。
石墨烯基复合材料的导热性能通常随着石墨烯含量的增加而增加，但是石墨烯的堆叠也会对导热性能产生一定的影响。
除了上述性能分析，石墨烯基复合材料还具有其他一些特殊的性能。
石墨烯涂层工艺
石墨烯涂层工艺石墨烯是一种新型的材料，具有优异的热导、电导、机械性能等优点。
然而，由于石墨烯本身的特殊性质，使其在应用中往往不能发挥其所有的优势，因此研究石墨烯的涂层工艺，对于拓展其应用范围具有重要意义。
石墨烯涂层工艺是指将石墨烯材料通过某种方法涂覆到其他材料表面形成的一种新型涂层工艺。
该工艺可以使石墨烯的优异性能得以展现，并且可以提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、导电性、导热性等性能。
目前，石墨烯涂层工艺主要包括化学气相沉积和物理气相沉积两种方式。
化学气相沉积是利用化学反应使石墨烯材料直接沉积在基底上的一种涂层方法。
该方法可以在基底表面形成均匀的薄膜，并且可以通过调节反应条件来控制石墨烯的厚度和形态。
例如，通过加入金属触媒等物质可以促进石墨烯的形成。
目前，常用的化学气相沉积方法主要包括化学气相沉积（CVD）和化学汽相沉积（CVS）。
物理气相沉积是利用物理气相吸附的原理将石墨烯材料沉积在基底上的一种涂层方法。
该方法可以通过能量源（如电弧、磁控溅射等）将原料在真空环境中加热蒸发，然后使其与基底表面发生物理吸附，从而形成石墨烯层。
物理气相沉积方法可以控制石墨烯膜的厚度、形态和晶格结构等，且成本低廉，已经成为石墨烯涂层工艺的重要手段之一。
目前，常用的物理气相沉积方法主要包括磁控溅射法、电弧放电法、激光沉积法等。
除了上述两种方法，还有其他的石墨烯涂层方法，如纳米滴定法、离子束沉积法、电化学法等，这些方法各具特点，可以在特定的应用场景下发挥作用。
例如，纳米滴定法可以在高温、高压下将石墨烯纳米滴滴在基底上，形成均匀的石墨烯膜；离子束沉积法可以在表面均匀喷射高能离子束，形成具有多层结构的石墨烯膜。
综上所述，石墨烯涂层工艺是一种较为复杂的涂层方法，需要考虑涂层成分、反应条件、应用场景等因素。
该工艺的研发可以进一步促进石墨烯材料的应用，并且对于提高材料性能具有重要作用。
在未来的石墨烯涂层研究中，需要深入探究不同方法的细节，并将其与其他涂层技术相结合，形成更加优异的石墨烯涂层工艺。
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• 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 。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将 会快数百倍。另外，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。
石墨烯组成
• 石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结 构, 它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维 (1D)的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三 维(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是构成其他石墨材 料的基本单元。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.。理想 的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥 离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余 一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动， 赋予石墨烯良好的导电性。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组成单元。
石墨烯优良特性与应用
• 1导电性 • 2导热性 • 3机械性能 • 4化学性质
• 导电性 石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究 者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨 烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，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。 这种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。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。
谢谢观赏
Make Presentation much more fun
• 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。 • 导热性 石墨烯具有极高导热系数, 近年来被提倡 用于散热等方面, 在散热片中嵌入石墨烯或数层 石墨烯可使得其局部热点温度大幅下降。 • 机械特性 石墨烯是人类已知强度最高的物质， 比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高 上100倍。 • 化学特性类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附 各种原子和分子
加热SiC方法
• 该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面 上分解出石墨烯片层。具体过程是：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。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除 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，经过几年的探 索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨 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。
化学还原法：是将氧化石墨与水以1 mg/mL的 比例 混合， 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适 量肼在100℃回流24 h ，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、 烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化学分散法 制得厚度为1 nm左右的石墨烯。 化学解离法 ：是将氧化石墨通过热还原的方法制备 石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度 下发生反应。
全球最小光学调制器
• 美国华裔科学家使用纳米材料石墨烯最新研制出了一款 调制器，科学家表示，这个只有头发丝四百分之一细的 光学调制器具备的高速信号传输能力，有望将互联网速 度提高一万倍，一秒钟内下载一部高清电影指日可待。 这项研究是由加州大学伯克利分校劳伦斯国家实验室的 张翔教授、王枫助理教授以及博士后刘明等组成的研究 团队共同完成的，研究论文于2011年6月2日在英国《自 然》杂志上发表。这项研究的突破点就在于，用石墨烯 这种世界上最薄却最坚硬的纳米材料，做成一个高速、 对热不敏感，宽带、廉价和小尺寸的调制器，从而解决 了业界长期未能解决的问题。
石墨烯图样
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。 • 多层石墨烯（Few-layer or multi-layer graphene）：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。 • 石墨烯（Graphenes）：是一种二维碳材料，是单层石 墨烯、双层石墨烯和• 取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯， 首先让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到 850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片 形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面， 最终它们可长成完整的一层石 墨烯。第一层覆盖 80 % 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。但采用 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Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
可呼吸二氧化碳电池、石墨烯手机
• 2015年5月，南开大学化学学院周震教授课题组发现一 种可呼吸二氧化碳电池。这种电池以石墨烯用作锂二氧 化碳电池的空气电极，以金属锂作负极，吸收空气中的 二氧化碳释放能量。 • 2015年03月02日，全球首批3万部石墨烯手机在渝发 布，该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和 导热膜，可接受官方预定，16G售价2499元。其核心技 术由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院 宁波材料技术与工程研究所开发。
新型材料石墨烯
金属1401罗占勇
透明手机· 折叠手机
一分钟充满电的充电宝
目录
1
石墨烯简介
2
石墨烯制备
3
石墨烯应用与发展前景
石墨烯简介
•石墨烯(Graphene)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。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%。它是目前自然界最薄、强度最高的材 料，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 毫克便可以承受一只一千克的猫。
应用
• 在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好 的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性 能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸 性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星 • 石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前 只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电 子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的 ，是它那许多“极端”性质的物理性质。 • 因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上， 石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性 最好的材料，电子在其中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。
• 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。 • 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
低成本石墨烯电池、石墨烯充电宝
• 美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员利用锂离子 可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性， 开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数 小时之久缩短到不到一分钟。该研究发表在近期出版的 《纳米快报》上 • 2016年7月，中国电信在广州举办的2016天翼智能终 端交易博览会上，罗马仕展出了一款石墨烯充电宝，10 分钟可充满6000mAh，号称要“开辟能源存储新纪元” 。
• 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。
成果
• • • • • • • 最小最快石墨烯晶体管 全球最小光学调制器 低成本石墨烯电池 石墨烯手机 可呼吸二氧化碳电池 特殊石墨烯材料 超级材料
石墨烯制备
1
物理法
微机械分离法 4
化学法
化学还原法
2
物理法
取向附生法—晶膜生长 5
化学法
化学解离法
3
物理法
加热SiC方法
微机械分离法
• 最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的 晶体上剪裁下来。2004年Novoselovt等用这种方法制备 出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型 制备方法是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。但缺点是此法 是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯 薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用 的石墨薄片样本。