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材料工程xxxx石墨烯-改变21世纪的神奇材料目录1、什么是石墨烯2、石墨烯的发现及制备3、石墨烯的应用4、石墨烯的发展前景1、什么是石墨烯一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。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，只有一个碳原子厚度的二维材料。是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石;常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。2、石墨烯的发现及制备一直以来石墨烯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(AndreGeim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)，成功地在实验里从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“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。当时，他们发现能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。石墨烯的制备方法：物理方法和化学方法物理方法：机械剥离，印章切取转移印制，剖切碳纳米管等。（1）机械剥离：利用是石墨层间结合强度较小的原理，用胶带粘附在高度取向的石墨表面，反复粘附撕开，最终获得单层石墨烯，难以精确控制，难以大规模制备。机械剥离过程化学方法：化学合成，碳化硅表面外延生长法，氧化还原法,化学气相沉积，取向附生等。（1）化学合成法：以苯环或其他芳香体系为核，通过偶联反应，使苯环上六个碳被取代，相邻取代基之间脱氢形成新的芳香环，多步反应后芳香体系变大，形成石墨烯平面。难以合成大平面。（2）碳化硅表面外延生长法：SiC经过氢气刻蚀处理后在高真空下电子束轰击加热，将表面的氧化物完全去除后，再将样品加热至1250-1450摄氏度，硅原子被释放，即可得到极薄的石墨烯层。（3）氧化还原法：以氧化石墨烯为前驱体，通过还原得到单层或多层石墨烯。该法是最有希望实现规模化生产的方法。3、石墨烯的应用（1）取代硅用于电子产品石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯电池（2）用于传感器因为石墨烯极强的敏感性，可用于PH传感器，用于需要高速工作的通信设备，如太赫兹波成像探测隐藏的武器，在光电传感器检测光纤中携带的信息。abc光电传感器光敏二极管（3）石墨烯复合材料现在关于石墨烯的论文，70%是关于石墨烯复合材料的，制备石墨烯复合材料在弹性，断裂强度和断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待研究。（4）其他，离子筛、超轻型飞机，超坚韧防弹衣，长太空电梯长太空电梯构想图4、石墨烯的发展前景作为导电性、机械性能都很优异的材料，素来有“黑金子”之称的石墨烯之前在中国市场上的价格近十倍于黄金，超过2000元/克，目前随着产量的增加价格降低很多。由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长ColinBailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。石墨烯电容器微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。目前主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术，需要投入大量的人力和成本，阻碍了产品的商业应用。而现在只需要常见的DVD刻录机，甚至是在家里，利用廉价材料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。前不久，任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿。”10月14日上午，中共中央政治局原常委、全国政协原主席贾庆林到清华大学视察调研，听取了材料学院和化学系4名教授关于石墨烯规模化制备及应用研究的情况。康飞宇教授介绍了石墨烯基碳功能材料的研制情况，石墨烯的宏量制备以及作为添加剂在锂离子电池中的应用、在储能器件中的应用情况；朱宏伟教授介绍了石墨烯在传感、环境、光电领域的应用情况。化学系李景虹教授介绍了石墨烯在医疗诊断、清洁能源及可持续化发展中的应用情况；副教授李春介绍了化学转化石墨烯材料的应用基础研究和化学转化石墨烯的制备与组装研究情况。贾庆林表示，石墨烯的制备和应用研究日益受到重视，希望清华大学加快石墨烯技术的研究和应用推广，发挥清华大学多学科优势，继续努力联合攻关解决应用难题，打造高新技术产业，发挥其巨大的潜力。作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。石墨烯时代，前途是光明的、道路是曲折的！