關(guān)于石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能通向的電梯宇宙第2頁,共19頁，2024年2月25日，星期天

比鉆石還硬的材料

——石墨烯第3頁,共19頁，2024年2月25日，星期天主要內(nèi)容石墨烯的定義石墨烯的發(fā)現(xiàn)石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯的性能第4頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯材料的定義石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。厚度僅有0.335納米，是構(gòu)建其他維數(shù)碳質(zhì)材料的基本單元。第5頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯的發(fā)現(xiàn)石墨烯（Graphene）是2004年由英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆（AndreGeim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（KostyaNovoselov）發(fā)現(xiàn)的，他們使用一種被稱為機(jī)械微應(yīng)力技術(shù)（micromechanicalcleavage）的簡單方法。正是這種簡單方法制備出來的簡單物質(zhì)——石墨烯推翻了科學(xué)界一個(gè)長久以來的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)——任何二維晶體不能在有限的溫度下穩(wěn)定存在。第6頁,共19頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯的結(jié)構(gòu)完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形)。石墨烯中的碳-碳鍵長約為0.142nm.每個(gè)晶格內(nèi)有三個(gè)鍵，連接十分牢固，形成了穩(wěn)定的六邊形狀。垂直于晶面方向上的鍵在石墨烯的導(dǎo)電過程中起到了很大的作用。第8頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯的結(jié)構(gòu)第9頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯的結(jié)構(gòu)如果有五邊形和七邊形存在，則會(huì)構(gòu)成石墨烯的缺陷。少量的五角元胞細(xì)胞會(huì)使石墨烯翹曲，12個(gè)五角形石墨烯會(huì)共同形成富勒烯。石墨烯卷成圓桶形可以用為碳納米管。第10頁,共19頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯根據(jù)邊緣碳鏈的不同可以分為鋸齒型和扶手椅型。鋸齒型石墨烯條帶通常為金屬型，而扶手椅型石墨烯條帶則可能為金屬型或半導(dǎo)體型。第12頁,共19頁，2024年2月25日，星期天石墨烯性能簡介光學(xué)性能電學(xué)性能力學(xué)性能熱學(xué)性能第13頁,共19頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)性能石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性能。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單層石墨烯吸收2.3%的可見光，即透過率為97.7%。如圖從基底到單層石墨烯、雙層石墨烯的可見光透射率依次相差2.3%。第14頁,共19頁，2024年2月25日，星期天電學(xué)性能石墨烯的每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道電子形成一個(gè)大鍵，電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性。電子在石墨烯中傳輸時(shí)不易發(fā)生散射，遷移率可達(dá)200000cm2/(V*s)，約為硅中電子遷移率的140倍，其電導(dǎo)率可達(dá)104S/m，是室溫下導(dǎo)電性最佳的材料。第15頁,共19頁，2024年2月25日，星期天電學(xué)性能石墨烯的導(dǎo)電性可通過化學(xué)改性的方法進(jìn)行控制，并可同時(shí)獲得各種基于石墨烯的衍生物。雙層石墨烯在一定條件下還可呈現(xiàn)出絕緣性。第16頁,共19頁，2024年2月25日，星期天力學(xué)性能石墨烯是已知材料中強(qiáng)度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)。其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa和1.1TPa。石墨烯的強(qiáng)度極限為42N/m2.。第17頁,共19頁，2024年2月25日，星期天熱學(xué)性能石墨烯的室溫?zé)釋?dǎo)率約為5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，是室溫下銅的熱導(dǎo)率的10倍多。石墨烯的理論比表面積可達(dá)