石墨烯是一种什么物质? 石墨烯是什么物质啊?
\u77f3\u58a8\u70ef\u662f\u4ec0\u4e48\u7269\u8d28\u554a\uff1f\u77f3\u58a8\u70ef\u662f\u4ec0\u4e48\uff0c\u5230\u5e95\u6709\u591a\u795e\u5947\uff1f
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯的优点:
石墨烯具有良好的强度、柔韧度、导电导热等特性。它是目前为止导热系数最高的材料,具有非常好的热传导性能,所以它被大量运用在全新的采暖行业。石墨烯的用途:
1、制造下一代超级计算机。石墨烯是目前已知导电性能最好的材料,这种特性尤其适合于高频电路,石墨烯将是硅的替代品,可用来生产未来的超级计算机,使电脑运行速度更快、能耗降低。
2、制造“太空电梯”的缆线。科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来,那时卫星就成了有线的风筝,科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料,这就是石墨烯。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以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[1]。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在[1],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[2]。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料[3] ,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光"[4];导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体*高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料[1]。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、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。 石墨烯另一个特性,是能够在常温下观察到量子霍尔效应。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同,是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定,碳碳键(carbon-carbon bond)仅为1.42Å。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外,石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。 石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元:石墨,木炭,碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的,它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在,则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。 石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管;另外石墨烯还被做成弹道晶体管(ballistic transistor)并且吸引了大批科学家的兴趣 。在2006年3月,佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管,并观测到了量子干涉效应,并基于此结果,研究出以石墨烯为基材的电路. 石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种,质料非常牢固坚硬,在室温状况,传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊,必须用量子场论才能描绘。 石墨烯是一种二维晶体,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”(electric charge carrier),的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。 [1]发展简史。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。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。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂,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 石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们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。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 因此,两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,而传统的半导体和导体,例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量,目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能,石墨烯则不同,它的电子能量不会被损耗,这使它具有了非同寻常的优良特性
石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构, 它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以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[1]。
石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬;作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。室温下石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率(约10 am /V·s),并且受温度和掺杂效应的影响很小,表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性(300 K下可达0.3 m),这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势,使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。石墨烯还可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域,同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。
石墨烯的合成方法主要有两种:机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法 ; 化学方法是化学还原法与化学解理法。
石墨烯硬度大,导电性能好,有韧性,可弯曲
绛旓細鐢变簬鐭冲ⅷ鐑瀹炶川涓鏄竴绉閫忔槑銆佽壇濂界殑瀵间綋锛屼篃閫傚悎鐢ㄦ潵鍒堕犻忔槑瑙︽帶灞忓箷銆佸厜鏉匡紝鐢氳嚦鏄お闃宠兘鐢垫睜銆傜煶澧ㄧ儻鐨勭壒寰 瀹冩瘮閽㈤噸200鍊嶏紝楂樺害閫忔槑锛屾煍闊э紝鍏锋湁浠や汉闅句互缃俊鐨勫ぉ鐒跺睆闅滀互鍙婂娓╀笅瀵肩數鐜囨渶楂鐨勭墿璐銆傚彟澶栵紝鍦ㄤ竴涓師瀛愬帤搴﹀锛屽畠琚垎绫讳负浠呭叿鏈変袱涓淮搴︾殑2D鏉愭枡銆
绛旓細鍦ㄤ簩缁鐨勭煶澧ㄧ儻涓紝鐢靛瓙鐨勮川閲忎豢浣涙槸涓嶅瓨鍦ㄧ殑锛岃繖绉嶆ц川浣跨煶澧ㄧ儻鎴愪负浜涓绉缃曡鐨勫彲鐢ㄤ簬鐮旂┒鐩稿璁洪噺瀛愬姏瀛︾殑鍑濊仛鎬鐗╄川鈥斺斿洜涓烘棤璐ㄩ噺鐨勭矑瀛愬繀椤讳互鍏夐熻繍鍔紝浠庤屽繀椤荤敤鐩稿璁洪噺瀛愬姏瀛︽潵鎻忚堪锛岃繖涓虹悊璁虹墿鐞嗗瀹朵滑鎻愪緵浜嗕竴涓喘鏂扮殑鐮旂┒鏂瑰悜锛氫竴浜涘師鏉ラ渶瑕佸湪宸ㄥ瀷绮掑瓙鍔犻熷櫒涓繘琛岀殑璇曢獙锛屽彲浠ュ湪灏忓瀷瀹為獙瀹ゅ唴...
绛旓細1銆鐭冲ⅷ鐑槸鐩墠涓栫晫涓婃渶钖勩佹渶纭佸鐢点佸鐑ц兘鏈寮虹殑鏉愭枡锛岃瑾変负鈥滄柊鏉愭枡涔嬬帇鈥濓紝鐢氳嚦琚潗鏂欑晫绉颁负鈥滈粦閲戔濄傚湪鍩虹鐮旂┒銆佷紶鎰熷櫒銆佸崐瀵间綋銆佹煍鎬ф樉绀哄睆銆佹柊鑳芥簮鐢垫睜绛夐鍩燂紝鏈夌潃宸ㄥぇ鐨勬綔鍔涖2銆佷絾鏄紝鐭冲ⅷ鐑滄柊鏉愭枡涔嬬帇鈥濈殑瀹濆骇杩樻病鍧愮ǔ锛屽彟涓绉鏇村叿娼滃姏鐨勭撼绫虫潗鏂欐í绌哄嚭涓栵紝瀹冨氨鏄〖鐑傜〖鐑...
绛旓細鐭冲ⅷ鐑槸鍗曡川锛屽畠鍏ㄩ儴鐢辩⒊鍘熷瓙缁勬垚銆鐭冲ⅷ鐑槸涓绉鐢辩⒊鍘熷瓙浠p2鏉傚寲杞ㄩ亾缁勬垚鍏鍨嬪憟铚傚发鏅舵牸鐨勪簩缁寸⒊绾崇背鏉愭枡銆傚叿鏈変紭寮傜殑鍏夊銆佺數瀛︺佸姏瀛︾壒鎬э紝鍦ㄦ潗鏂欏銆佸井绾冲姞宸ャ佽兘婧愩佺敓鐗╁尰瀛﹀拰鑽墿浼犻掔瓑鏂归潰鍏锋湁閲嶈鐨勫簲鐢ㄥ墠鏅紝琚涓烘槸涓绉嶆湭鏉ラ潻鍛芥х殑鏉愭枡銆傜煶澧ㄧ儻鐢靛瓙鏁堝簲 鐭冲ⅷ鐑湪瀹ゆ俯涓嬬殑杞芥祦瀛愯縼绉荤巼绾...
绛旓細鍏充簬鐭冲ⅷ鐑槸涓绉嶄粈涔涓滆タ锛岀煶澧ㄧ儻鏄浠涔堢墿璐杩欎釜寰堝浜鸿繕涓嶇煡閬擄紝浠婂ぉ鏉ヤ负澶у瑙g瓟浠ヤ笂鐨勯棶棰橈紝鐜板湪璁╂垜浠竴璧锋潵鐪嬬湅鍚э紒1銆佸拰閽荤煶涓鏍风殑鏅朵綋鐭冲ⅷ鐑紙Graphene锛夋槸涓绉嶇敱纰冲師瀛愭瀯鎴愮殑鍗曞眰鐗囩姸缁撴瀯鐨勬柊鏉愭枡銆2銆佹槸涓绉嶇敱纰冲師瀛愪互sp2鏉傚寲杞ㄩ亾缁勬垚鍏鍨嬪憟铚傚发鏅舵牸鐨勫钩闈㈣杽鑶滐紝鍙湁涓涓⒊鍘熷瓙鍘氬害鐨勪簩缁存潗鏂...
绛旓細璇鐗╄川鏄竴绉鐢卞崟灞傜⒊鍘熷瓙浠p2鏉傚寲杞ㄩ亾鎺掑垪褰㈡垚鐨勪簩缁存潗鏂欍傜煶澧ㄧ儻鍏剁⒊鍘熷瓙浠ュ叚杈瑰舰铚傜獫鐘剁殑鏅舵牸缁撴瀯绱у瘑鎺掑垪銆鐭冲ⅷ鐑殑鍙戠幇鏄湪2004骞达紝鐢辫嫳鍥芥浖褰绘柉鐗瑰ぇ瀛︾殑鐗╃悊瀛﹀瀹夊痉鐑堟捣濮嗗拰搴锋柉鍧︿竵璇烘矁鑲栨礇澶氳繃鏈烘鍓ョ娉曚粠鐭冲ⅷ涓垎绂诲嚭鏉ョ殑銆傝繖涓鍙戠幇鍥犲叾鐙壒鐨勭墿鐞嗘ц川鍜屾綔鍦ㄧ殑搴旂敤鍓嶆櫙鑰屽紩璧蜂簡骞挎硾鍏虫敞锛屽苟浣垮緱涓や綅...
绛旓細鐭冲ⅷ鐑锛圙raphene锛夋槸浠庣煶澧ㄦ潗鏂欎腑鍓ョ鍑烘潵銆佺敱纰冲師瀛愮粍鎴愮殑鍙湁涓灞傚師瀛愬帤搴︾殑浜岀淮鏅朵綋銆傜煶澧ㄧ儻鏃㈡槸鏈钖勭殑鏉愭枡锛屼篃鏄渶寮洪煣鐨勬潗鏂欙紝鏂寮哄害姣旀渶濂界殑閽㈡潗杩樿楂200鍊嶃傚悓鏃跺畠鍙堟湁寰堝ソ鐨勫脊鎬э紝鎷変几骞呭害鑳借揪鍒拌嚜韬昂瀵哥殑20%銆傜煶澧ㄧ儻鐩墠鏈鏈夋綔鍔涚殑搴旂敤鏄垚涓虹鐨勬浛浠e搧锛屽埗閫犺秴寰瀷鏅朵綋绠★紝鐢ㄦ潵鐢熶骇鏈潵鐨...
绛旓細鐭冲ⅷ鐑槸浠庣煶澧ㄦ潗鏂欎腑鍓ョ鍑烘潵锛岀敱纰冲師瀛愮粍鎴愮殑鍙湁涓灞傚師瀛愬帤搴︾殑浜岀淮鏅朵綋銆傜煶澧ㄧ儻鏃㈡槸鏈钖勭殑鏉愭枡锛屼篃鏄渶寮洪煣鐨勬潗鏂欙紝鏂寮哄害姣旀渶濂界殑閽㈡潗杩樿楂200鍊嶃傚悓鏃跺畠鍙堟湁寰堝ソ鐨勫脊鎬э紝鎷変几骞呭害鑳借揪鍒拌嚜韬昂瀵哥殑20%銆傜煶澧ㄧ儻鐩墠鏈鏈夋綔鍔涚殑搴旂敤鏄垚涓虹鐨勬浛浠e搧锛屽埗閫犺秴寰瀷鏅朵綋绠★紝鐢ㄦ潵鐢熶骇鏈潵鐨勮秴绾ц绠楁満銆...
绛旓細鐭冲ⅷ鐑紝涓绉琚О涓21涓栫邯鏈绁炲鐨勬潗鏂欙紝鏄粠鐭冲ⅷ鏉愭枡涓墺绂诲嚭鏉ョ敱纰冲師瀛愮粍鎴愮殑鍙湁涓灞傚師瀛愬帤搴︾殑浜岀淮鏅朵綋锛屾槸鐩墠涓栫晫涓婃渶杞汇佹渶钖勩佺‖搴︽渶楂樸侀煣鎬ф渶寮轰笖瀵肩數瀵肩儹鎬ц兘閮藉緢濂界殑鏂板瀷绾崇背鏉愭枡涔嬩竴銆鐭冲ⅷ鐑槸浠涔堬紵瀹冪┒绔熸湁澶氱濂!鐭冲ⅷ鐑紝涓涓啛鎮夊張闄岀敓鐨勫悕璇...鐭冲ⅷ鐑張琚О涓衡滈粦閲戔濄佲滄柊鏉愭枡涔...
绛旓細 鐭冲ⅷ鐑殑鍖栧寮忎负Cn鐗╄川浠嬬粛锛氱煶澧ㄧ儻锛圙raphene锛鏄竴绉鐢辩⒊鍘熷瓙浠p2鏉傚寲杞ㄩ亾缁勬垚鍏鍨嬪憟铚傚发鏅舵牸鐨勫钩闈㈣杽鑶滐紝鍙湁涓涓⒊鍘熷瓙鍘氬害鐨勪簩缁存潗鏂欍傜煶澧ㄧ儻涓鐩磋璁や负鏄亣璁炬х殑缁撴瀯锛屾棤娉曞崟鐙ǔ瀹氬瓨鍦紝鐩磋嚦2004骞达紝鑻卞浗鏇煎交鏂壒澶у鐗╃悊瀛﹀瀹夊痉鐑埪锋捣濮嗗拰搴锋柉鍧︿竵路璇烘矁鑲栨礇澶紝鎴愬姛鍦板湪瀹為獙涓粠...