搜索
1TransitionPage过渡页1•石墨烯的发现•石墨烯的性能01研究进展22004年，英国的Geim等人利用微机械剥离法经过对高度定向热解石墨的反复多次剥离，首次成功得到了少数原子层、包括单原子层石墨，即石墨烯，Geim也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。1.1石墨烯的发现石墨烯是继富勒烯和碳纳米管后出现的又一种新型碳纳米材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的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：基本结构单元GeimAK,NovoselovKS.Theriseofgraphene[J].Nat.Mater.,2007,6(3):183-191.01.研究进展3254163•典型的半金属•石墨烯纳米条带呈半导体特性，其在电子信息领域应用成为可能。•高电子迁移率•~2*105cm2/(V·s)，是硅的10倍。•优异的力学性能•杨氏模量＞1100GPa;抗拉强度＞130GPa,比钻石还坚硬。•优异的光学性能•全波段光吸收只有2.3%。•优异的热学性能•石墨烯的室温热导率约为5000W/m·K，是铝的20倍。•极大比表面积•石墨烯的理论比表面积可达2630m2/g，4g可铺满一个足球场1.2石墨烯的性质01.研究进展41.3石墨烯的应用方向01.研究进展石墨烯超级电容器锂离子电池防腐耐磨涂层散热材料导热材料摩擦材料传感材料航空航天新能源汽车显示触摸屏生物医药军事装备水处理薄膜太阳能电池5TransitionPage过渡页5•固相法•液相法02制备方法•气相法6固相法机械剥离法外延生长法液相法氧化还原法液相剥离法气相法化学气相沉积法02.制备方法7用胶带黏住石墨片的两侧面反复剥离或在固体表面反复摩擦而获得石墨烯。机械剥离法时间长、产率低、石墨烯层数与尺寸不可控，难以分离，无法用于规模化生产。02.制备方法2.1机械剥离法质量规模产率成本污染8直接将石墨或石墨层间化合物在具有匹配表面能的有机溶剂中进行超声或高速剪切剥离与分散，再将得到的悬浊液离心分离，去除厚层石墨，即可获得石墨烯。同氧化还原法相比，液相剥离法可以得到晶化程度较高的石墨烯，但用于分散的有机溶剂与石墨烯的结合过于紧密，不利于后续石墨烯的纯化与转移。02.制备方法2.2液相剥离法质量规模产率成本污染9石墨常用的氧化方法主要有3种：Standenmaier法、Brodie法和Hummers法1）将石墨进行氧化处理，改变石墨片层的自由电子对，对其表面进行含氧官能团修饰，降低石墨片层间的范德华力，增强石墨亲水性；2）将氧化石墨在水中剥离，形成均匀稳定的氧化石墨烯胶体；3）通过化学还原、热处理还原、催化还原得到缺陷少，性能较好的石墨烯。02.制备方法2.3氧化还原法质量规模产率成本污染10以金属基底为催化剂，碳氢化合物在高温条件下发生化学分解，生成的碳沉积到金属表面形成石墨烯薄膜材料。由于金属基底是该化学反应的催化剂，因此碳化氢不会在已被石墨覆盖的金属表面发生吸附和分解，避免了碳膜的多层生长，理论上CVD法能获得准确的单层石墨烯。该法制备的石墨烯的纯度与微机械剥离法相近，具有很高的产率和高的电子迁移率。02.制备方法2.4化学气相沉积法（CVD）质量规模产率成本污染