石墨烯介绍讲解PPT资料.pptx

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同时支持LTE4G网络,7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,新闻2,第三代石墨烯手机问世石墨烯或迎产业化浪潮（附股）http:

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中国资本证券网据网易新闻21日报道，重庆墨希科技有限公司透露，其即将面世的第三代石墨烯手机柔性手机设计方案出炉，预计今年底完成样机研制。

石墨烯在柔性到点材料领域再获新进展，产业链有望在未来迎来井喷式增长有机构认为，石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，应用前景极大。

数据显示，当前石墨烯加工成本已降至2011年的十分之一，优良率和一致性也有了很大提升，下游应用大规模放量在即。

随着石墨烯手机、石墨烯电池等应用走向成熟，石墨烯大规模产业化值得期待。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,新闻3,全球首款石墨烯柔性屏手机亮相（图）http:

/际会展中心，参展商展示可以弯曲的石墨烯柔性手机,手机用上石墨烯柔性触控屏，可以弯曲戴在手腕上，,7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,石墨烯,19,7/14/20,ChongQingJiaoTongUniversity,第二章石墨烯,概述石墨烯具有诸多超乎人类想象的优越特性。

自2004年石墨烯（Graphene）被以机械剥离的方法制备并被揭示出独特的物理特性以来,世界上物理、化学、材料、电子以及工程领域的科学家都对其投注了巨大的研究兴趣.英国曼彻斯特大学的两位科学家科斯提亚诺沃谢夫和安德烈盖姆因为首先发现石墨烯获得2010年度的诺贝尔物理学奖。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,特点第一：

石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；

第二：

石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度；

石墨烯市场售价大约5000元/克，比黄金贵15倍，广泛用于军事、电子工业领域。

石墨烯在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,石墨烯是世上已知的最薄的材料石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，只有0.34纳米厚，十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径，人们用肉眼是看不见它的。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity石墨烯的来源,常见的天然石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成较薄的石墨片。

当把石墨片剥成单层之后，形成的一个碳原子厚度的单层就是石墨烯，是碳的二维结构，厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

石墨烯的应用范围广阔。

根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。

根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,第一节石墨烯材料的简介,1、定义石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,石墨烯具有突出的导热性能（5300Wm-1K-1）和力学性能（理论弹性模量1060GPa）,以及室温下较高的电,子迁移率（15000cm2V-1s-1），世界电阻率最小的材料。

此外,它的特殊结构,使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质,因而备受关注。

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。

当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。

霍尔效应应使用左手定则判断。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,2、发现Graphene（石墨烯）是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚诺沃谢夫（KostyaNovoselov）和安德烈盖姆（AndreGeim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanicalcleavage）的简单方法。

正是这种简单的方法制备出来的简单物质石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。

现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,一直以来理论和实验界都认为严格的二维晶体无法在非绝对零度稳定存在，这一假设直到2004年英国Manchester大学的Geim等人发现单层石墨烯（graphene）后才得以改变。

他们采用一种简单的“微机械力分裂法”（microfolitation）制备了一种单原子厚度的碳膜,这种两维碳材料表现了很高的结晶度而且异乎寻常地稳定。

这一发现立刻震撼了科学界，随后这种新型碳材料成为材料学和物理学领域的一个研究热点。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,康斯坦丁诺沃肖洛夫,安德烈海姆,7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,石墨烯材料的诞生获得2010年诺贝尔物理学奖他们曾是师生，现在是同事，他们都出生于俄罗斯，都曾在那里学习，也曾一同在荷兰学习和研究，最后他们又一起在英国制备出了石墨烯。

这种神奇材料的诞生使安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫获得2010年诺贝尔物理学奖。

海姆和诺沃肖洛夫2004年制备出石墨烯。

这是目前世界上最薄的材料，仅有一个碳原子厚。

与所有其他已知材料不同的是，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好。

此外，石墨烯单电子晶体管可在室温下工作。

而作为热导体，石墨烯比目前任何其他材料的导热效果都好。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,2004首次发现石墨烯,2005证实石墨烯中的准粒子为无质量的狄拉克费米子,2009CVD法取得突破，掀起,该法制备石,2010,频率为,墨烯的热潮。

墨烯FET,2014.1,IBM发布截止中国首条,石墨烯基,230GHz的石超级电容,器生产线投产,2015石墨烯国家标准制定工作启动,3、发展历程,7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,4、石墨烯材料的性质,

（1）力学性质比钻石还要硬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。

哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。

在试验过程中，他们选取了一些之间在1020微米的石墨烯微粒作为研究对象。

研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在11.5微米之间。

之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,数据转换分析：

在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。

据科学家们测算，施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。

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。

就像把大象的重量加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的单层石墨烯。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现刊登于近期的科学杂志，作者是两位哥伦比亚大学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。

ChangguLee,etal.GrapheneMeasurementoftheElasticPropertiesandIntrinsicStrengthofMonolayer,实验证明,7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,

（2）出色的电学性质电子运输碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的电子，这些电子与平面成垂直的方向可形成轨道，电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。

此外，石墨烯是具有零带隙的能带结构。

所谓电子就是用P轨道电子参与成键的电子，又分小键和离域大键。

看到单独碳碳双键就是小键，参与成键的就是电子了。

一般看到碳碳单双键交替排列的就是大键，参与成键的也是电子。

7/14/2019,ChongQingJiaoTongUniversity,（3）导电性,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。

石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”（ele