微信葡京国际平台 新浪微博葡京国际平台
终端产品023-68050720  质料器件023-68058666
当前位置: >> 在线进修 >> 走进石墨烯

一.石墨烯简介

石墨烯是一种由碳原子组成的单层片状构造的新材料。是一种由碳原子构成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只要一个碳原子厚度的二维质料。石墨烯不断被以为是假定性的构造,无法零丁不变存在,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,胜利地在尝试中从石墨中别离出石墨烯,而证明它能够零丁存在,两人也因“在二维石墨烯质料的开创性尝试”为由,配合得到2010年诺贝尔物理学奖。

新葡京3522

石墨烯是由碳六元环构成的两维(2D)周期蜂窝状点阵构造, 它能够翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)大概堆垛成三维(3D)的石墨(graphite), 因而石墨烯是组成其他石墨质料的根本单位。

石墨烯的根本构造单位为有机质料中最不变的苯六元环, 是最理想的二维纳米质料。幻想的石墨烯构造是平面六边形点阵,能够看做是一层被剥离的石墨份子,每一个碳原子均为sp2杂化,并奉献盈余一个p轨道上的电子构成大π键,π电子能够自在挪动,付与石墨烯优良的导电性。二维石墨烯构造能够看是构成所有sp2杂化碳质质料的根本构成单位。

二.制备办法

石墨烯呈现在实验室中是在2004年,其时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发明他们能用一种十分简朴的办法获得愈来愈薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后把薄片的两面粘在一种特别的胶带上,扯开胶带,就能把石墨片一分为二。不竭地如许操纵,因而薄片愈来愈薄,最初,他们得到了仅由一层碳原子组成的薄片,这就是石墨烯。这当前,制备石墨烯的新方法屡见不鲜。

石墨烯质料的制备办法已报导的有:机器剥离法、化学氧化法、晶体内涵发展法、化学气相堆积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。此中有三种制备办法最为提高,分别是微机械剥离法、化学气相堆积法和氧化还原法。

1.微机械剥离法

2004年,科学家Geim等初次用微机械剥离法,胜利地从高定向热裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剥离并观察到单层石墨烯。Geim研讨组操纵这一办法胜利制备了准二维石墨烯并观察到其描摹,提醒了石墨烯二维晶体结构存在的缘故原由。微机械剥离法能够制备出高质量石墨烯,但存在产率低和本钱高的不敷,不满足工业化和规模化消费要求,只能作为实验室小规模制备。

2.化学气相堆积法

化学气相堆积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)初次在规模化制备石墨烯的成绩方面有了新的打破(参考化学气相堆积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反响物资在气态条件下发作化学反应,天生固态物资堆积在加热的固态基体外表,进而制得固体质料的工艺技术。

3.氧化还原法

氧化-还原法制备本钱昂贵且简单实现,成为制备石墨烯的最好办法,并且能够制备不变的石墨烯悬浮液,处理了石墨烯不容易分离的成绩。氧化-还原法是指把自然石墨与强酸和强氧化性物资反响天生氧化石墨(GO),颠末超声分离制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨),参加还原剂去除氧化石墨外表的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,获得石墨烯。

三.使用远景

石墨烯是世上最薄却也是最坚固的纳米质料 ,它险些是完整通明的,只吸取2.3%的光,因而透光率高于一般ITO材质;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*超越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,为世上电阻率最小的质料。由于它的电阻率极低,电子迁徙的速度极快,因而被等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。因为石墨烯实质上是一种通明、优良的导体,也合适用来制造通明触控屏幕、光板、以至是太阳能电池。

石墨烯的使用范畴宽广。按照石墨烯超薄,强度超大的特性,石墨烯可被普遍应用于各范畴,好比超轻防弹衣,超薄超轻型飞机质料等。按照其优良的导电性,使它在微电子范畴也具有宏大的使用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来消费将来的超等计算机,碳元素更高的电子迁移率能够使将来的计算机得到更高的速度。另外石墨烯质料仍是一种优秀的改性剂,在新能源范畴如超等电容器、锂离子电池方面,由于其高传导性、高比表面积,可适用于作为电极质料助剂.除此之外,今朝已知可实现应还有:纳电子器件方面、光子传感器、基因电子测序、削减乐音、隧穿势垒质料和其他一些相干使用。 由此我们能够瞥见石墨烯这一新型材料的光亮将来。

四.发展趋势

2010年的诺贝尔物理学奖把石墨烯带入了人们的视野。2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆传授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫传授经由过程一种很简朴的办法从石墨薄片中剥离出了石墨烯,为此他们二人也荣获2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯优良的电导机能和透光机能,使它在通明电导电极方面有非常好的使用远景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等,都需求优良的通明电导电极质料。特别是,石墨烯的机器强度和柔韧性都比常用质料氧化铟锡优秀;氧化铟锡脆度较高,比力简单损毁。在溶液内的石墨烯薄膜能够堆积于大面积地区。经由过程化学气相堆积法,能够制成大面积、持续的、通明、高电导率的少层石墨烯薄膜,次要用于光伏器件的阳极,并获得高达1.71%能量转换服从;与用氧化铟锡质料制成的元件比拟,约莫为其能量转换服从的55.2%。作为新兴产业,前瞻网指出。石墨烯将来前程一片光亮。

石墨烯特别的构造形状,使其具有世界上最硬、最薄的特性,同时也具有很强的韧性、导电性和导热性。这些及其特别的特性使其具有无比宏大的开展空间,将来能够应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量范畴。《"十二五"时期国外石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划阐发陈述》称石墨烯汇合世界上最优良的各类质料品格于一身,故有业内人士云云评价:如果说20世纪是硅的世纪,石墨烯则创始了21世纪的新材料纪元,会给世界带来实质性变革。

www.pj88.com