環(huán)境材料-石墨烯-PPT模版

1、LOGO石墨烯石墨烯 世界上最世界上最薄最薄最堅硬的納米材料堅硬的納米材料LOGOLOGO目錄目錄12345石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯特性石墨烯特性石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化石墨烯利用前景石墨烯利用前景石墨石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響烯對人類和環(huán)境的潛在影響LOGO石墨烯發(fā)現(xiàn)及石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介簡介 石墨烯（Graphene） 由碳原子以sp2雜化軌道組成 由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網(wǎng) 六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜 一個碳原子厚度 二維材料 基本結(jié)構(gòu)單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)

2、家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。LOGO石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介 A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯的同素異形體石墨烯的同素異形體富勒烯富勒烯納米管納米管石墨石墨單層石墨烯單層石墨烯翹曲成零維翹曲成零維卷成一維卷成一維堆垛成三維堆垛成三維LOGO石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介石墨烯發(fā)現(xiàn)及簡介 A K Geim &

3、K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯特性石墨烯特性強度高強度高電阻率低電阻率低導(dǎo)熱系數(shù)高導(dǎo)熱系數(shù)高透光性好透光性好 room-temperature electron mobility of 2.5105cm2V1s1 a Youngs modulus of 1TPa and intrinsic strength of 130GPa very high thermal conductivity ，above 3000WmK1 optical absorption of exactly 2.3% complete im

4、permeability to any gases ability to sustain extremely high densities of electric current Readily chemically functionalizedK S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) 幾乎是完全透明的，只吸收幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光的光制成制成厚度厚度相當(dāng)塑料相當(dāng)塑料包裝袋厚包裝袋厚度的度的薄膜，能承受兩薄膜，能承受兩噸噸重物重物電子遷移速率快，達(dá)到光速電子遷移速率快，達(dá)到光速的的1/300導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)；導(dǎo)熱系數(shù)高高達(dá)

5、；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)達(dá)5300 W/（mK）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定外部外部機械機械力使碳力使碳原子原子面彎曲，面彎曲，原子原子不必重新排列來適應(yīng)外力不必重新排列來適應(yīng)外力LOGO石墨烯特性石墨烯特性雙雙電極電場效應(yīng)電極電場效應(yīng)手性量子霍爾效應(yīng)手性量子霍爾效應(yīng)石墨烯電學(xué)性能石墨烯電學(xué)性能 A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) LOGO石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化液相剝離液相剝離液相剝離（Liquid-phase exfoliation）：將少量的石墨分散于具有表面張力的溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的

6、作用破壞石墨層間的范德華力，此時溶劑可以插入石墨層間，進(jìn)行層層剝離，制備出石墨烯。質(zhì)量高、產(chǎn)率低。化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）：以單晶鎳為基片的管狀簡易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，其在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面，形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。成本高、工藝復(fù)雜。SiC合成合成SiC合成法（Synthesis on SiC）：將經(jīng)氧氣或氫氣刻蝕處理得到的SiC在高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物，然后使樣品升溫至1000以上，Si升華形成石墨烯。成本高、操作溫度過高。LOGO石墨烯制備及

7、產(chǎn)業(yè)化石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化機械分離機械分離機械分離（Mechanical exfoliation）：最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來，如用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進(jìn)行摩擦，體相石墨的表面會產(chǎn)生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。產(chǎn)率低、僅供實驗研究。氧化還原法氧化還原法氧化還原（Oxidation-reduction）：將天然石墨與強酸和強氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。宏量制備產(chǎn)生廢液污染、石墨烯品質(zhì)不高存在缺

8、陷。取向附生取向附生法法取向附生（Epitaxy）：讓碳原子在 1150 下滲入釕，然后冷卻到850，之前吸收的大量碳原子就會“浮”到釕表面，鏡片形狀的單層碳原子“ 孤島” 布滿整個基質(zhì)表面，最終生長成完整的一層石墨烯。成本高、厚度不均勻。LOGO石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化石墨烯制備及產(chǎn)業(yè)化K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景電子器件光學(xué)器件能量產(chǎn)生和儲存計量和感應(yīng)器生物學(xué)應(yīng)用其它用途LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (20

9、12) Graphene electronics中等品位的石墨烯：觸屏、可折疊電子紙、可折疊有機發(fā)光二極管（中等品位的石墨烯：觸屏、可折疊電子紙、可折疊有機發(fā)光二極管（LED燈）燈）高品位的石墨烯：高頻晶體管、邏輯晶體管、薄膜晶體管高品位的石墨烯：高頻晶體管、邏輯晶體管、薄膜晶體管LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景K S Novoselov et al. Nature 490, 192-200 (2012) Photonics光學(xué)偏振控制器、光電探測器、光調(diào)制器、鎖模激光、太赫茲發(fā)生器等光學(xué)偏振控制器、光電探測器、光調(diào)制器、鎖模激光、太赫茲發(fā)生器等LOGO

10、石墨烯利用前景石墨烯利用前景Energy generation and storagesupercapacitor超級電容器超級電容器 固有的優(yōu)異導(dǎo)電性能 具備孔結(jié)構(gòu) 耐高溫 抗氧化過程 高表面積的石墨烯電極用膜隔開；充電時，電解質(zhì)中陰離子（白球和藍(lán)色球）和陽離子（紅色球）在石墨烯表面附近積累，形成雙電層太陽能電池太陽能電池鋰鋰離子離子電池電池超級超級電容器電容器LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Graphene for sensors and metrology諾基亞石墨烯光電傳感器諾基亞石墨烯光電傳感器石墨烯對環(huán)境變化極為敏感石墨烯對環(huán)境變化極為敏感 帶有石墨烯光電收集層的光電探測器，由

11、一系列手指狀的電極被安置在石墨烯收集層上，用來收集光子透過時產(chǎn)生的電子空洞，石墨烯納米帶作為場效應(yīng)晶體管對隨之產(chǎn)生的電流進(jìn)行放大，并將其轉(zhuǎn)移到相連的電子控制元件上。多層探測和放大層被互相疊放，以此來吸收和過濾相應(yīng)顏色的光。LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Bioapplications基因測序基因測序藥物傳遞藥物傳遞 用石墨烯制成一個尺寸大約為DNA寬度的納米洞，讓DNA分子從中通過，測量DNA分子通過時產(chǎn)生的微小電壓差異，就可以知道是哪一個堿基正在通過納米洞。 通過調(diào)整石墨烯的親水親脂性能，使其與生物膜之間可以良好交互作用，達(dá)到藥物傳遞目的。LOGO石墨烯利用前景石墨烯利用前景Other

12、Uses 抗菌效用抗菌效用海水淡化海水淡化石墨烯石墨烯過濾器遠(yuǎn)優(yōu)于其它海水淡化技術(shù)，與過濾器遠(yuǎn)優(yōu)于其它海水淡化技術(shù)，與水分水分子分解發(fā)電技術(shù)結(jié)合，水、子分解發(fā)電技術(shù)結(jié)合，水、電可成為廉價產(chǎn)品電可成為廉價產(chǎn)品石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細(xì)胞而且不會傷害到人體細(xì)胞涂料涂料石墨烯基涂料可用于導(dǎo)電油墨，抗靜電，電磁石墨烯基涂料可用于導(dǎo)電油墨，抗靜電，電磁干擾屏蔽，和氣體阻隔的應(yīng)用干擾屏蔽，和氣體阻隔的應(yīng)用多孔材料多孔材料物理研究物理研究“碳海綿碳海綿”具備高彈性，被壓縮具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原后仍可恢復(fù)原狀。它對

13、有機溶劑具有超快、超高的吸附力狀。它對有機溶劑具有超快、超高的吸附力電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有靜質(zhì)靜質(zhì)量，幫助量，幫助物理學(xué)家在物理學(xué)家在量子力學(xué)領(lǐng)域量子力學(xué)領(lǐng)域取得新突破取得新突破LOGO石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響LOGO石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響石墨烯對人類和環(huán)境的潛在影響 石墨烯納米粒子的鋸齒邊緣非常鋒利和強勁，能夠切開人體細(xì)胞并破壞其內(nèi)容物。 石墨烯材料與人體細(xì)胞如何作用并不清楚。 當(dāng)石墨烯被釋放到地表水中時，它的硬度會增大，吸附的的有機材料也更少，它很快就會變得不穩(wěn)定，既不能發(fā)生沉淀，也不能隨水的流動而被帶走。LOGO【參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)】The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map fo