王霸中-石墨烯-2015年1月20日.ppt

目前最强人类功能材料目前最强人类功能材料-- --石墨烯石墨烯一、石墨烯概念一、石墨烯概念二二、石墨烯特性、石墨烯特性三三、石墨烯的制备方法、石墨烯的制备方法四四、应用范围、应用范围五五、、国内石墨烯产业现状国内石墨烯产业现状六六、、国外石墨烯产业现状国外石墨烯产业现状七七、、石墨烯相关产品介绍石墨烯相关产品介绍一、石墨烯概念一、石墨烯概念石墨烯( 石墨烯( Graphene Graphene )是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以是一种由碳原子以 sp2 sp2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只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。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 2004 年, 年, 英国曼彻斯特大学物理学家安德烈英国曼彻斯特大学物理学家安德烈· ·海姆海姆(Andre Geim) (Andre Geim) 和康斯坦丁和康斯坦丁· ·诺沃肖诺沃肖洛夫洛夫(Konstantin Novoselov) (Konstantin Novoselov) ,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯, ,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在二维石墨烯材料的开创性实验””,共,共同获得同获得 2010 2010 年诺贝尔物理学奖。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。的粒子态相。 2010 2010 年年 10 10 月月5 5日上午,瑞典皇家科学院将日上午,瑞典皇家科学院将 2010 2010 年的诺贝尔物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理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位教授安德烈· ·海姆海姆( ( Andre Geim Andre Geim ) )和康斯坦丁和康斯坦丁· ·诺沃肖洛夫诺沃肖洛夫( ( Konstantin Konstantin Novoselov Novoselov ) ),以表彰他们对石墨烯的研究。,以表彰他们对石墨烯的研究。二二、石墨烯特性、石墨烯特性电子运输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。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。其霍尔电导石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导=2e =2e 2 2 /h,6e /h,6e 2 2 /h,10e /h,10e 2 2 /h.... /h.... 为量子电导的奇数倍,且可以在室温下观测到。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,没电子在石墨烯里遵守相对论量子力学,没有静质量有静质量””。。导电性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。周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的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 1/300 ,