中等品位的石墨烯：触屏、可折叠电子纸、可折叠有机发光二极管（LED灯） 高品位的石墨烯：高频晶体管、逻辑晶体管、薄膜晶体管
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石墨烯利用前景
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石墨烯利用前景
Photonics
K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012)
光学偏振控制器、光电探测器、光调制器、锁模激光、太赫兹发生器等
当石墨烯被释放到地表水中时，它 的硬度会增大，吸附的的有机材料 也更少，它很快就会变得不稳定， 既不能发生沉淀，也不能随水的流 动而被带走。
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【参考文献】
The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map for Graphene. K S Novoselov et al. Nature 490, 192200 (2012) The Transportation and Stability of Graphene Oxide Nanoparticles in Ground Water and Surface nphere. Environmental Engineering Science,2014
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石墨烯利用前景
Energy generation and storage 太阳能电池 锂离子电池 超级电容器 超级电容器 固有的优异导电性能 具备孔结构 耐高温 抗氧化过程 高表面积的石墨烯电极用膜隔 开；充电时，电解质中阴离子 （白球和蓝色球）和阳离子 （红色球）在石墨烯表面附近 积累，形成双电层
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石墨烯特性
双电极电场效应
石墨烯电学性能
手性量子霍尔效应
A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007)
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石墨烯制备及产业化
液相剥离 液相剥离（Liquid-phase exfoliation）：将少量的石墨分散于具有表面张力的溶剂中， 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。质量高、产率低。
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石墨烯特性
room-temperature electron mobility of 2.5 × 105 cm2 V−1 s−1 a Young’s modulus of 1 TPa and intrinsic strength of 130 GPa very high thermal conductivity ， above 3000 W mK−1 optical absorption of exactly πα ≈ 2.3% complete impermeability to any gases ability to sustain extremely high densities of electric current Readily chemically functionalized
supercapacitor
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石墨烯利用前景
Graphene for sensors and metrology
诺基亚石墨烯光电传感器
石墨烯对环境变化极为敏感
带有石墨烯光电收集层的光电 探测器，由一系列手指状的电 极被安置在石墨烯收集层上， 用来收集光子透过时产生的电 子空洞，石墨烯纳米带作为场 效应晶体管对随之产生的电流 进行放大，并将其转移到相连 的电子控制元件上。多层探测 和放大层被互相叠放，以此来 吸收和过滤相应颜色的光。
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石墨烯制备及产业化
机械分离 机械分离（Mechanical exfoliation）：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，如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。产 率低、仅供实验研究。 氧化还原法 氧化还原（Oxidation-reduction）：将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化 石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，然后加入还原剂去除氧 化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。宏量制备产生废液污 染、石墨烯品质不高存在缺陷。 取向附生法 取向附生（Epitaxy）：让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却到850℃，之前吸收 的大量碳原子就会“浮”到钌表面，镜片形状的单层碳原子“ 孤岛” 布满整个基质表面， 最终生长成完整的一层石墨烯。成本高、厚度不均匀。
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石墨烯利用前景
Other Uses
涂料
海水淡化 抗菌效用 多孔材料 物理研究
石墨烯基涂料可用于导电油墨，抗静电，电磁 干扰屏蔽，和气体阻隔的应用 石墨烯过滤器远优于其它海水淡化技术，与水分 子分解发电技术结合，水、电可成为廉价产品 石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效， 而且不会伤害到人体细胞
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石墨烯制备及产业化
K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012)
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石墨烯利用前景
其它用途
电子器件
生物学应 用
光学器件
计量和感 应器
能量产生 和储存
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石墨烯利用前景
Graphene electronics
K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012)
结构稳定
外部机械力使碳原子面弯曲， 原子不必重新排列来适应外力
几乎是完全透明的，只吸收 2.3%的光 制成厚度相当塑料包装袋厚 度的薄膜，能承受两吨重物
透光性好
强度高
电阻率低
电子迁移速率快，达到光速 的1/300
导热系数高达；导热系数高 达5300 W/（m· K）
导热系数高
K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012)
“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原 状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力
电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质 量，帮助物理学家在量子力学领域取得新突破
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石墨烯对人类和环境的潜在影响LOGOLeabharlann 石墨烯对人类和环境的潜在影响
石墨烯纳米粒子的锯齿边缘非常锋 利和强劲，能够切开人体细胞并破 坏其内容物。 石墨烯材料与人体细胞如何作用并 不清楚。
石墨烯 —世界上最薄最坚硬的纳米材料
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目录
1
2 3 4
石墨烯发现及简介 石墨烯特性 石墨烯制备及产业化 石墨烯利用前景
5
石墨烯对人类和环境的潜在影响
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石墨烯发现及简介
石墨烯（Graphene） 由碳原子以sp2杂化轨道组成 由碳原子和其共价键所形成的原 子尺寸网 六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜 一个碳原子厚度 二维材料 基本结构单元为有机材料中最稳 定的苯六元环 石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年， 英国曼彻斯特大学物理学家安德烈· 海姆和康斯坦丁· 诺沃肖洛夫，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”为由，共同获得2010年诺贝尔 物理学奖。
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石墨烯利用前景
Bioapplications 基因测序 药物传递 用石墨烯制成一个尺寸大约 为DNA宽度的纳米洞，让 DNA分子从中通过，测量 DNA分子通过时产生的微小 电压差异，就可以知道是哪 一个碱基正在通过纳米洞。 通过调整石墨烯的亲水亲脂 性能，使其与生物膜之间可 以良好交互作用，达到药物 传递目的。
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石墨烯发现及简介
A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007)
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石墨烯发现及简介
石墨烯的同素异形体
单层石墨烯
翘曲成零维 卷成一维
堆垛成三维
富勒烯
纳米管
石墨
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石墨烯发现及简介
A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007)
化学气相沉积
化学气相沉积（Chemical vapor deposition，CVD）：以单晶镍为基片的管状简易沉 积炉，通入含碳气体，其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。成本高、工艺复杂。 SiC合成 SiC合成法（Synthesis on SiC）：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通 过电子轰击加热，除去氧化物，然后使样品升温至1000℃以上，Si升华形成石墨烯。 成本高、操作温度过高。