环境材料-石墨烯-PPT模版

LOGO石墨烯—世界上最薄最坚硬的纳米材料LOGOLOGO目录12345石墨烯发现及简介石墨烯特性石墨烯制备及产业化石墨烯利用前景石墨烯对人类和环境的潜在影响LOGO石墨烯发现及简介石墨烯（Graphene）由碳原子以sp2杂化轨道组成由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜一个碳原子厚度二维材料基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环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年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，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“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。LOGO石墨烯发现及简介AKGeim&KSNovoselov.NatureMaterials6,183-191(2007)LOGO石墨烯发现及简介石墨烯的同素异形体富勒烯纳米管石墨单层石墨烯翘曲成零维卷成一维堆垛成三维LOGO石墨烯发现及简介AKGeim&KSNovoselov.NatureMaterials6,183-191(2007)LOGO石墨烯特性强度高电阻率低导热系数高透光性好room-temperatureelectronmobilityof2.5 × 105 cm2 V−1 s−1aYoung’smodulusof1 TPaandintrinsicstrengthof130 GPaveryhighthermalconductivity，above3000 W mK−1opticalabsorptionofexactlyπα ≈ 2.3%completeimpermeabilitytoanygasesabilitytosustainextremelyhighdensitiesofelectriccurrentReadilychemicallyfunctionalizedKSNovoselovetal.Nature490,192-200(2012)几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光制成厚度相当塑料包装袋厚度的薄膜，能承受两吨重物电子迁移速率快，达到光速的1/300导热系数高达；导热系数高达5300W/（m·K）结构稳定外部机械力使碳原子面弯曲，原子不必重新排列来适应外力LOGO石墨烯特性双电极电场效应手性量子霍尔效应石墨烯电学性能AKGeim&KSNovoselov.NatureMaterials6,183-191(2007)LOGO石墨烯制备及产业化液相剥离液相剥离（Liquid-phaseexfoliation）：将少量的石墨分散于具有表面张力的溶剂中，形成低浓度的分散液，利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯。质量高、产率低。化学气相沉积化学气相沉积（Chemicalvapordeposition，CVD）：以单晶镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，其在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面，形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。成本高、工艺复杂。SiC合成SiC合成法（SynthesisonSiC）：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物，然后使样品升温至1000℃以上，Si升华形成石墨烯。成本高、操作温度过高。LOGO石墨烯制备及产业化机械分离机械分离（Mechanicalexfoliation）：最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，如用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。产率低、仅供实验研究。氧化还原法氧化还原（Oxidation-reduction）：将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，然后加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。宏量制备产生废液污染、石墨烯品质不高存在缺陷。取向附生法取向附生（Epitaxy）：让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却到850℃，之前吸收的大量碳原子就会“浮”到钌表面，镜片形状的单层碳原子“孤岛”布满整个基质表面，最终生长成完整的一层石墨烯。成本高、厚度不均匀。LOGO石墨烯制备及产业化KSNovoselovetal.Nature490,192-200(2012)LOGO石墨烯利用前景电子器件光学器件能量产生和储存计量和感应器生物学应用其它用途LOGO石墨烯利用前景KSNovoselovetal.Nature490,192-200(2012)Grapheneelectronics中等品位的石墨烯：触屏、可折叠电子纸、可折叠有机发光二极管（LED灯）高品位的石墨烯：高频晶体管、逻辑晶体管、薄膜晶体管LOGO石墨烯利用前景LOGO石墨烯利用前景KSNovoselovetal.Nature490,192-200(2012)Photonics光学偏振控制器、光电探测器、光调制器、锁模激光、太赫兹发生器等LOGO石墨烯利用前景Energygenerationandstoragesupercapacitor超级电容器固有的优异导电性能具备孔结构耐高温抗氧化过程高表面积的石墨烯电极用膜隔开；充电时，电解质中阴离子（白球和蓝色球）和阳离子（红色球）在石墨烯表面附近积累，形成双电层太阳能电池锂离子电池超级电容器LOGO石墨烯利用前景Grapheneforsensorsandmetrology诺基亚石墨烯光电传感器石墨烯对环境变化极为敏感带有石墨烯光电收集层的光电探测器，由一系列手指状的电极被安置在石墨烯收集层上，用来收集光子透过时产生的电子空洞，石墨烯纳米带作为场效应晶体管对随之产生的电流进行放大，并将其转移到相连的电子控制元件上。多层探测和放大层被互相叠放，以此来吸收和过滤相应颜色的光。LOGO石墨烯利用前景Bioapplications基因测序药物传递用石墨烯制成一个尺寸大约为DNA宽度的纳米洞，让DNA分子从中通过，测量DNA分子通过时产生的微小电压差异，就可以知道是哪一个碱基正在通过纳米洞。通过调整石墨烯的亲水亲脂性能，使其与生物膜之间可以良好交互作用，达到药物传递目的。LOGO石墨烯利用前景OtherUses抗菌效用海水淡化石墨烯过滤器远优于其它海水淡化技术，与水分子分解发电技术结合，水、电可成为廉价产品石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞涂料石墨烯基涂料可用于导电油墨，抗静电，电磁干扰屏蔽，和气体阻隔的应用多孔材料物理研究“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量，帮助物理学家在量子力学领域取得新突破LOGO石墨烯对人类和环境的潜在影响LOGO石墨烯对人类和环境的潜在影响石墨烯纳米粒子的锯齿边缘非常锋利和强劲，能够切开人体细胞并破坏其内容物。石墨烯材料与人体细胞如何作用并不清楚。当石墨烯被释放到地表水中时，它的硬度会增大，吸附的的有机材料也更少，它很快就会变得不稳定，既不能发生沉淀，也不能随水的流动而被带走。LOGO【参考文献】TheRiseofGraphene.AKGeim&KSNovoselov.NatureMaterials6,183-191(2007)ARoadMapforGraphene.KSNovoselovetal.Nature490,192-200(2012)TheTransportationandStabilityofGrapheneOxideNanoparticlesinGroundWaterandSurfaceWater.Lanphere.EnvironmentalEngineeringScience,2014LOGO