石--墨--烯(共20张PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,Page,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,Page,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,Page,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,Page,*,改 变 世 界 的 新 材 料,石 墨 烯,由,NordriDesign,提供,第1页，共20页。,一.关于石墨烯,石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/mK，常温下其电子迁移率*超15000cm2/Vs，而电阻率只约10-6 cm，为目前世上,电阻率最小,的材料。,石墨烯由碳原子形成的原子尺寸蜂巢晶格结构,第2页，共20页。,显示出的石墨烯平片皱纹，其波幅大约为一纳米。,4、石墨烯的热导率很高，可在导热材料领域进行研究,纯石墨烯是一种半金属或零能隙半导体，对于低能量电子，在二维的六角形布里渊区的六个转角附近，能量-动量关系是线性关系：,改 变 世 界 的 新 材 料 ,巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。,锯齿形石墨烯纳米带的二维结构。,悬挂于金属网栅上方，隔离的单层石墨烯平片，可以用穿透式电子显微镜观测。,为了要赋予单层石墨烯某种电性，会按照特定样式切割石墨烯，形成石墨烯纳米带（Graphene nanoribbon）。,2004年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子理工学院（Institute for Microelectronics Technology）的两组物理团队共同合作，首先分离出单独石墨烯平面,当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。,石墨烯独特的二维结构使它在传感器领域具有光明的应用前景。,撕胶带法/轻微摩擦法,悬挂于金属网栅上方，隔离的单层石墨烯平片，可以用穿透式电子显微镜观测。,即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。,二，发现历程,1,918年，V.Kohlschtter 和 P.Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）,1948年，G.Ruess 和 F.Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）,2004年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子理工学院（Institute for Microelectronics Technology）的两组物理团队共同合作，首先分离出单独石墨烯平面,2005年，同样曼彻斯特大学团队与哥伦比亚大学的研究者证实石墨烯的准粒子（quasiparticle）是无质量迪拉克费米子（Dirac fermion）。类似这样的发现引起一股研究石墨烯的热潮。,第3页，共20页。,三.石墨烯的优点,1,、,它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。,2,、,本征石墨烯的电子迁移率非常高，远超过现在使用的各种半导体材料；,3,、,单层石墨烯的透光性很好，可以在光电领域应用；,4,、,石墨烯的热导率很高，可在导热材料领域进行研究,第4页，共20页。,四，石墨烯的性质,1.,原子结构,悬挂于金属网栅上方，隔离的单层石墨烯平片，可以用穿透式电子显微镜观测。显示出的石墨烯平片皱纹，其波幅大约为一纳米。隔离的单层石墨烯贴附在氧化硅基板上方，其原子分辨率的真实空间图像，可以用,扫描隧道显微镜,观测得到。经过光刻术处理后的石墨烯会被光阻剂渣滓覆盖，必须清洗除去这些渣滓，才能得到原子分辨率图像。,（,这些渣滓可能是穿透式电子显微镜所观测到的吸附物，可能是造成皱纹的因素。,）,第5页，共20页。,2,电子性质,纯石墨烯是一种半金属或零能隙半导体,，对于低能量电子，在二维的六角形布里渊区的六个转角附近，能量-动量关系是线性关系：,石墨烯的能带结构,第6页，共20页。,当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。,2004年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子理工学院（Institute for Microelectronics Technology）的两组物理团队共同合作，首先分离出单独石墨烯平面,Ruess 和 F.,经过光刻术处理后的石墨烯会被光阻剂渣滓覆盖，必须清洗除去这些渣滓，才能得到原子分辨率图像。,采用紧束缚近似模型做出的计算，显示出锯齿形具有金属键性质,巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。,研究人员表示，如果这种方法被证明可用以成批制造石墨烯光纤，将能降低超坚固碳素妇科材料的成本，碳素复合材料在航空航天汽车和建筑等领域具有广泛的用途。,悬挂于金属网栅上方，隔离的单层石墨烯平片，可以用穿透式电子显微镜观测。,锯齿形石墨烯纳米带的二维结构。,石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.,科学家希望能够发展出一种快速与便宜的快速电子DNA定序科技。,隔离的单层石墨烯贴附在氧化硅基板上方，其原子分辨率的真实空间图像，可以用扫描隧道显微镜观测得到。,当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。,3,异常量子霍尔效应,量子霍尔效应只发生于二维导体。这效应促成了一种新度量衡标准，称为电阻率量子（resistivity quantum）；垂直于外磁场的载流导线，其横向电导率会呈现量子化值。称这横向电导率为霍尔电导率（Hall conductivity），以方程表示为,其中，,N,是整数,.,第7页，共20页。,4,石墨烯氧化物,通过对石墨烯进行氧化及化工处理，然后使他们漂浮在水中，石墨烯会剥落并形成有强力键的单层。,第8页，共20页。,五.制备方法,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,氧化减薄石墨片法,石墨烯也可以通过加热氧化的办法一层一层的减薄石墨片，从而得到单、双层石墨烯,切割碳纳米管法,用过锰酸钾和硫酸切开在溶液中的多层壁碳纳米管,，用等离子体刻蚀（plasma etching）一部分嵌入于聚合物的纳米管,第9页，共20页。,六.最新成果,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。,安德烈海姆,康斯坦丁诺沃肖洛夫,第10页，共20页。,七.应用,1,单分子气体侦测,石墨烯独特的二维结构使它在传感器领域具有光明的应用前景。巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。通过穿透式电子显微镜可以直接观测到单原子的吸附和释放过程。通过测量霍尔效应方法可以间接检测单原子的吸附和释放过程。当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。当然，这种效应也会发生于别种物质，但石墨烯具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化,第11页，共20页。,应用,2,-石墨烯纳米带,为了要赋予单层石墨烯某种电性，会按照特定样式切割石墨烯，形成石墨烯纳米带（Graphene nanoribbon）。切开的边缘形状可以分为锯齿形和扶手椅形。采用紧束缚近似模型做出的计算，预测锯齿形具有金属键性质，又预测扶手椅形具有金属键性质或半导体性质；,石墨烯纳米带的二维结构具有高电导率、高热导率、低噪声，这些优良品质促使石墨烯纳米带成为集成电路互连材料的另一种选择，有可能替代铜金属,。,锯齿形石墨烯纳米带的二维结构。采用紧束缚近似模型做出的计算，显示出锯齿形具有金属键性质,第12页，共20页。,应用,3,透明导电电极,石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。,触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等,，都需要良好的透明电导电极材料。通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71%能量转换效率,第13页，共20页。,应用,4,石墨烯生物器件,由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺吋厚度、分子闸极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。,科学家希望能够发展出一种快速与便宜的快速电子DNA定序科技。它们认为石墨烯是一种具有这潜能的材料。,第14页，共20页。,应用,5,-抗菌物质,中国科学院上海分院的科学家发现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。假若石墨烯氧化物对其他细菌也具有抗菌性，则可能找到一系列新的应用，像自动除去气味的鞋子，或保存食品新鲜的包装,。,第15页，共20页。,石墨烯的前景,触摸面板试制品,第16页，共20页。,第17页，共20页。,第18页，共20页。,可做“太空电梯”缆线,石墨烯不仅可以用来开发出纸片般薄的超轻型飞机材料。超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。研究人员表示，如果这种方法被证明可用以成批制造石墨烯光纤，将能降低超坚固碳素妇科材料的成本，碳素复合材料在航空航天汽车和建筑等领域具有广泛的用途。,第19页，共20页。,Thank you for,your time!,第20页，共20页。,