二维纳米材料-石墨烯选编.ppt

石墨烯介绍;目录;在过去的不到三十年的时间里，从零维的富勒烯，一维的碳纳米管，到二维的石墨烯不断被发现，新型碳材料不断吸引着世界的目光。;富勒烯在发现之前已经有很多科学家预测到球形碳结构的存在，但是富勒烯却和很多科学家擦肩而过。直到二十世纪八十年代科学家在模拟星际尘埃的实验中意外发现了完美对称的球形分子—C60。;对于碳纳米管的发现者，科学界一直存在着争议，但是不可否认的是在NEC公司发明的电镜的协助之下，科学家首次观测到了一维碳纳米管的“风采”。;“富勒烯和碳纳米管”的发现可以说是“意外之美”，然而“石墨烯”的发现却很曲折。 科学家经过热力学计算得出二维碳晶体热力学不稳定，无法稳定存在，但是科学家却从未放弃对其探索的努力。 直至2004年，Geim教授带领其课题组运用机械剥离法成功制备石墨烯，推翻了“完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在”的这一论断。;“富勒烯和碳纳米管”的发现可以说是“意外之美”，然而“石墨烯”的发现却很曲折。从理论上对石墨烯的预言到实验上的成功制备，经历了近60年的时间。 ;1、发现之路;美国德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的罗德尼·鲁夫(Rodney Rouff,当时在华盛顿大学)曾尝试着将石墨在硅片上摩擦,并深信采用这个简单的方法可获得单层石墨烯,但很可惜他当时并没有对产物的厚度做进一步的测量。 美国哥仑比亚大学(Columbia University)的菲利普·金(Philip Kim)也利用石墨制作了一个“纳米铅笔”,在一个表面上划写,并得到了石墨薄片,层数最低可达10层。 ; 2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位科学家——安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。 ; 2004年，两位科学家通过使用胶带反复剥离石墨的方法在绝缘基底上获得了单层或少层的石墨烯并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优异的电学、力学、热学和光学性能，从而掀起了石墨烯应用研究的热潮。;诺沃肖罗夫、盖姆教授的 First paper about graphene;Graphene films. (A) Photograph of a multilayer graphene flake with thickness ~3 nm on top of an oxidized Si wafer. (B) AFM image of 2 ?m by 2 ?m area of this flake near its edge (C) AFM image of single-layer grapheme. (D)SEM image of one of our experimental devices prepared from FLG. (E)Schematic view of the device in (D).; 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，其厚度为0.335nm，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.142nm。; 石墨烯可看作是其他维数碳质材料的基本构建模块，它可以被包成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或堆叠成三维的石墨。;盖姆在2010年的诺贝尔奖颁奖典礼上回顾了石墨烯的发展史，认可了前人对薄层石墨的早期研究工作。其中有部分工作早在20世纪70年代就已经开始了。 其实，同盖姆和诺沃肖罗夫工作更接近的是美国乔治亚理工学院的沃尔特德伊尔（Walt de Heer）关于SiC外延生长石墨烯的研究。 沃尔特德伊尔在2010年11月17日给诺贝尔奖委员会写的一封公开信，并在一篇题为“Early development of graphene electronics”的补充文章中详细综述了与石墨烯相关的早期研究，并提供了自己在2003年10月向美国自然科学基金委递交的一份与石墨烯相关的基金申请书和2004年申请的一项专利（Patterned thin film graphite devices and method for making same, 2006年获批: US7015142 B2) 。; 2005年，在同一期的“Nature”杂志上，盖姆等人和菲利普·金小组同时证明单层石墨烯具有同理论相符的电子特性。 这一点同碳纳米管的发现又一次不谋而合。 单壁碳纳米管也是在多壁碳纳米管被发现两年后于1993年被发现者本人Iijima和IBM小组成功制备出来的。 ;1、发现之路;2、特性;2、特性;光学特性;2、特性;热学特性;2、特性;2、特性;电学特性;电学