最薄最硬的新材料 石墨烯
曾天 2010年10月
精选课件
1
2010年诺贝尔物理学奖
安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 石墨烯
铅笔写字
石墨结构层间作用力弱，易分层
精选课件
2
结构和性能
石墨烯（单层石墨）
厚度只有0.335纳米，头 发丝的20万分之一厚
பைடு நூலகம் 比金刚石还硬，是最硬 的钢材的100倍
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。
精选课件
4
石墨烯：轻薄刚强导电性好
精选课件
5
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
超级电容器
高灵敏度传感器
是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯
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。
精选课件
3
结构和性能
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。
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。
精选课件
9
恳请指导，谢谢！
精选课件
10
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
单分子气体侦测
精选课件
6
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
精选课件
7
加热碳化硅法
加热碳化硅以除去硅，然后生成石墨烯薄层
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。然后，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
已经能可控地制备出单层或多层石墨烯，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。
精选课件
8
取向附生法