王霸中-石墨烯-2015年1月20日.ppt

王霸中-石墨烯-2015年1月20日_目前最强人类功能材料--石墨烯
一、石墨烯概念
二、石墨烯特性
三、石墨烯的制备方法
四、应用范围
五、国内石墨烯产业现状
六、国外石墨烯产业现状
七、石墨烯相关产品介绍
一、石墨烯概念
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二维材料。

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(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),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”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

并且,石墨烯在自然界也有产出,它体现为高能物理状态下的圈量子的粒子态相。
2010年10月5日上午,瑞典皇家科学院将2010年的诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位教授安德烈·海姆(Andre Geim )和康斯坦丁·诺沃肖洛夫( Konstantin Novoselov),以表彰他们对石墨烯的研究。
二、石墨烯特性
电子运输
在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以,它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导=2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍,且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学,没有静质量”。
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
石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料,据测算如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的(厚度约100纳米)石墨烯,那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说,如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大约两吨重的物品。
石墨烯是至今发现的厚度最薄的材料。薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,厚度只有一个原子。虽然薄到极致却非常致密,即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它。
化学性质
我们至今关于石墨烯化学知道的是:石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。从表面化学的角度来看,石墨烯的性质类似于石墨,可利用石墨来推测石墨烯的性质。
记忆效应
质谱测定中的记忆效应表现为一次涂样测定的结果受到残存在离子源内测定过的同种样品的影响,当前后样品的待测同位素丰度相差越大时,记忆效应带来的影响也越大。在热电离质谱测定中,记忆效应主要由石墨烯表面吸附和样品沉积两种因素引起。有些活性强的化合物的蒸气与离子源内表面接触时会被吸附,吸附量的多少除了与化合物的性质有关外,还与离子源内表面的材料及光洁度有关。
三、石墨烯的制备方法
石墨烯的制备方法
微机械剥离法
2004年,Geim等首次用微机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,目前只能作为实验室小规模制备。
化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。
用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯,但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵,这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求,但成本较高,工艺复杂。