石墨烯的结构与性能.ppt

石墨烯的石墨烯的 结构与性能结构与性能通通向向 的的电电梯梯 比钻石还硬的材料比钻石还硬的材料 ——石墨烯石墨烯主要内容主要内容•石墨烯的定义•石墨烯的发现•石墨烯的结构•石墨烯的性能石墨烯材料的定义石墨烯材料的定义•石墨烯（Graphene）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•厚度仅有0.335纳米，是构建其他维数碳质材料的基本单元 石墨烯的发现石墨烯的发现•石墨烯（Graphene）是2004年由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Kostya Novoselov）发现的，他们使用一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage） 的简单方法•正是这种简单方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在石墨烯的结构石墨烯的结构•完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形)•石墨烯中的碳-碳键长约为0.142nm.每个晶格内有三个键，连接十分牢固，形成了稳定的六边形状。

垂直于晶面方向上的键在石墨烯的导电过程中起到了很大的作用石墨烯的结构石墨烯的结构石墨烯的结构石墨烯的结构•如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷•少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲，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 石墨烯的结构石墨烯的结构•石墨烯根据边缘碳链的不同可以分为锯齿型和扶手椅型•锯齿型石墨烯条带通常为金属型，而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属型或半导体型石墨烯性能简介石墨烯性能简介•光学性能•电学性能•力学性能•热学性能光学性能光学性能•石墨烯具有优异的光学性能•理论和实验结果表明，单层石墨烯吸收2.3%的可见光，即透过率为97.7%•如图从基底到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率依次相差2.3%电学性能电学性能•石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成一个大键，电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性•电子在石墨烯中传输时不易发生散射，迁移率可达200000cm2/(V*s)，约为硅中电子迁移率的140倍，其电导率可达104S/m，是室温下导电性最佳的材料电学性能电学性能•石墨烯的导电性可通过化学改性的方法进行控制，并可同时获得各种基于石墨烯的衍生物。

•双层石墨烯在一定条件下还可呈现出绝缘性力学性能力学性能•石墨烯是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构•其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa•石墨烯的强度极限为42N/m2.热学性能热学性能•石墨烯的室温热导率约为5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，是室温下铜的热导率的10倍多•石墨烯的理论比表面积可达2630m2/g。