《石墨烯材料》PPT课件

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1、石墨烯材料碳的成键形式石墨烯的组成与结构石墨简介石墨（graphite）是一种结晶形碳。六方晶系,为铁墨色至深灰色。密度2.25克/厘米3,硬度1.5,熔点3652℃,沸点4827℃。质软,有滑腻感,可导电。化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、碱等不易反应。在空气或氧气中加强热,可燃烧并生成二氧化碳。强氧化剂会将它氧化成有机酸。用作抗摩剂和润滑材料,制作坩埚、电极、干电池、铅笔芯。高纯度石墨可在核反应堆上作中子减速剂。常被称为炭精或黑铅,因为以前被误认为是铅。石墨性能(1)耐高温性：石墨的熔点为3850

2、±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。(2)导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨呈绝热体。(3)润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。(4)化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。(5)可塑性：石墨的韧性很好，可碾成很薄

3、的薄片。(6)抗热震性：石墨在高温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏1564–Inventionofthepencil2004–GrapheneisisolatedbyA.GeimandcollaboratorsAndreGeim1985石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间石墨烯能带结构（1）扫描隧道显微镜（STM）具有很高的空间分辨率，横向为0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。石墨烯层数的表征方法单层石墨烯厚度只有0.335nm（2）原子力显微镜表征原子力显微镜的分辨能力：纵向分辨

4、率0.01nm，横向分辨率1nm；但分辨率易受环境干扰且对操作人员技术要求苛刻；原则上原子力显微镜可用于直接表征石墨烯的厚度和层数。石墨烯附着在基片上，基底与石墨烯片层之间的间隔以及AFM针尖和仪器带来的误差，使得单层石墨高度约为0.8nm，双层石墨高度则约为1.2nm。（3）光学显微镜ACSNano,2008,2(8),pp1625–1633总色差方法辨别石墨烯层数彩色图像-----RGB值-----XYZ-----TCD确定层数的方法：根据光源光谱薄膜结构计算不同层数对应的理论TCD值，与实验

5、获取的图像计算得到的TCD值比对，获得层数信息。(4)拉曼光谱法G峰(1580cm-1)是碳环和碳链中碳原子的sp2键的伸缩模式导致的，反应材料的对称性和有序度；石墨烯层数越多，G峰越高；D’峰(2700cm-1)是双声子共振拉曼峰;单层石墨烯片的D’峰宽约为30cm-1，双层石墨烯片的D‘峰宽约为50cm-1，三层以上更宽但差别不大。NanoLett.7(2),238–242(2007).G′峰是区域边界声子的二级拉曼散射D峰(1360cm-1)是由sp2原子的声张膜引起的缺陷峰石墨烯的性质光学

6、性质根据理论推导，石墨烯会吸收2.3%的白光；实验证实这结果正确无误，石墨烯的不透明度为2.3%，与光波波长无关。由于它几乎全部是透明的，但又十分密集，甚至是氦也难以穿过它。石墨烯凭借其很高的导电性和透光性，还可用于透明电极、触摸屏、液晶显示、有机光伏电池以及超级电容器等领域。Photographofgrapheneintransmittedlight.Thisone-atom-thickcrystalcanbeseenwiththenakedeyebecauseitabsorbsapproxim

7、ately2.3%ofwhitelight.力学性质石墨烯是至今测量过的强度最大的材料，比结构钢的强度要高200倍。这就好比需要让一头大象站在一支铅笔上，才能突破一张保鲜膜厚度的石墨烯薄层。石墨烯虽然很结实，但是其柔韧性特别好，可以随意弯曲、折叠或象卷轴一样卷起来。石墨烯中碳原子的之间的连接非常柔韧，当施加外部应力时，碳原子面就弯曲变形，碳原子不必重新排列来适应外力，因而就保持了结构稳定性。研究团队从一块大石墨晶体上挑拣出微小的石墨烯样本，使这些样本的每一单个原子都处于表面，接着将这些新建的二维样

8、本置于蚀刻在硅上的小孔上，从而制作出只有一个原子厚的微型圆形薄膜，石墨烯则因原子间的引力而粘附在硅上，为了测试薄膜的强度，科学家用一个半径为200亿分之一米、带有钻石尖端的原子力显微镜来推动薄膜中心。这些每个直径约1微米的样本，因为没有瑕疵，使得科学家能测试其弹性与断裂点的特性,测得石墨烯单层的杨氏模量为1TPacircularwells(diameters1.5μm*1μm,depth500nm)基底表面阵列孔洞的加工方法纳米压印反应离子刻蚀轻质特性单原子层厚度使得石墨烯非常轻。