第一篇：《石墨烯：改變世界的新材料》讀后感

《石墨烯：改變世界的新材料》讀后感

成型1601喬偉琦

摘要：本書涉及石墨烯的方方面面——?dú)v史、基本特征、生產(chǎn)方式以及應(yīng)用等。本書為從事石墨烯應(yīng)用行業(yè)的讀者們提供了學(xué)習(xí)途徑。石墨烯的研究領(lǐng)域?qū)挿呵野l(fā)展迅猛，此書為讀者提供的知識足以使其在石墨烯的研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域探索前行。

一、本書內(nèi)容

（一）石墨烯的歷史

最初，科學(xué)家試著使用化學(xué)剝離法來制造石墨烯。他們將大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨層間化合物。在其三維結(jié)構(gòu)中，每一層石墨可以被視為單層石墨烯。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)處理，除去嵌入的大原子或大分子后，會得到一堆石墨烯爛泥。由于難以分析與控制這堆爛泥的物理性質(zhì)，科學(xué)家并沒有繼續(xù)這方面研究。還有一些科學(xué)家采用化學(xué)氣相沉積法，將石墨烯薄膜外延生長于各種各樣的基板上，但初期品質(zhì)并不優(yōu)良。于2004年，英國曼徹斯特大學(xué)和俄國切爾諾戈洛夫卡微電子理工學(xué)院的兩個(gè)物理團(tuán)隊(duì)共同合作，首先分離出單獨(dú)石墨烯平面。海姆和團(tuán)隊(duì)成員偶然地發(fā)現(xiàn)了一種簡單易行的制備石墨烯的新方法。他們將石墨片放置在塑料膠帶中，折疊膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過程，就可以得到越來越薄的石墨烯薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成——他們制得了石墨烯。當(dāng)然，僅僅制備是不夠的。通常，石墨烯會隱藏于一大堆石墨殘?jiān)校茈y緊貼在基板上；所以要找到相當(dāng)數(shù)量的石墨烯，猶如大海撈針。甚至在范圍小到1cm2的區(qū)域內(nèi)，使用尖端科技都無法找到。海姆的秘訣是，如果將石磨烯放置在鍍有一定厚度的氧化硅的硅片上。利用光波的干涉效應(yīng)，就可以有效地使用光學(xué)顯微鏡找到這些石墨烯。于2005年，同樣曼徹斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)與哥倫比亞大學(xué)的研究者證實(shí)石墨烯的準(zhǔn)粒子是無質(zhì)量迪拉克費(fèi)米子。類似這樣的發(fā)現(xiàn)引起一股研究石墨烯的熱潮。從那時(shí)起，上百位才學(xué)兼優(yōu)的研究者踏進(jìn)這一嶄新領(lǐng)域。現(xiàn)在，眾所皆知，每當(dāng)石墨被刮磨時(shí)，像用鉛筆畫線時(shí)，就會有微小石墨烯碎片被制成，同時(shí)也會產(chǎn)生一大堆殘?jiān)Ｔ?004/05年以前，沒有人注意到這些殘?jiān)槠惺裁从锰帲虼耍┑陌l(fā)現(xiàn)應(yīng)該歸功于海姆團(tuán)隊(duì)，他們?yōu)楣腆w物理學(xué)發(fā)掘了一顆閃亮的新星。

（二）石墨烯的基本特性

石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”的性質(zhì)和相對論中的中微子非常相似。為了進(jìn)一步說明石墨烯中的載荷子的特殊性質(zhì)，我們先對相對論量子力學(xué)或稱量子電動力學(xué)做一些了解。經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)能量較低的電子遇到勢壘的時(shí)候，如果能量不足以讓它爬升到勢壘的頂端，那它就只能待在這一側(cè)；在量子力學(xué)中，電子在某種程度上是可以看作是分布在空間各處的波。當(dāng)它遇到勢壘的時(shí)候，有可能以某種方式穿透過去，這種可能性是0到1之間的一個(gè)數(shù)；而當(dāng)石墨烯中電子波以極快的速度運(yùn)動到勢壘前時(shí)，就需要用量子電動力學(xué)來解釋。量子電動力學(xué)做出了一個(gè)更加令人吃驚的預(yù)言：電子波能百分百地出現(xiàn)在勢壘的另一側(cè)。另外，研究也發(fā)現(xiàn)，盡管只有單層原子厚度，但石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現(xiàn)。美國哥倫比亞大學(xué)兩名華裔科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，鉛筆石墨中一種叫做石墨烯的二維碳原子晶體，竟然比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。這種物質(zhì)為“太空電梯”超韌纜線的制造打開了一扇“阿里巴巴”之門，讓科學(xué)家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯可能成為現(xiàn)實(shí)。石墨烯還具有超高的強(qiáng)度，碳原子間的強(qiáng)大作用力使其成為目前已知的力學(xué)強(qiáng)度最高的材料，并有可能作為添加劑廣泛應(yīng)用于新型高強(qiáng)度復(fù)合材料之中。石墨烯良好的導(dǎo)電性及其對光的高透過性又讓它在透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢，而這類薄膜在液晶顯示以及太陽能電池等領(lǐng)域至關(guān)重要。另外，石墨烯在高靈敏度傳感器和高性能儲能器件方面也已經(jīng)展示出誘人的應(yīng)用前景。

（三）石墨烯應(yīng)用前景

1.最有希望從幻想成為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用是可用于手機(jī)等裝置的柔性電子屏幕。因其電子化學(xué)穩(wěn)定性能以及柔性和透明的特點(diǎn)，石墨烯是最適合制造共扼聚合物發(fā)光電池的材料。該技術(shù)已獲得了初步成功并很快能面向市場。電子巨頭三星是眾多對該技術(shù)感興趣的公司之一，蘋果公司也期望能分一杯羹，但其速度似乎落后于三星。與僅擁有兩項(xiàng)專利的蘋果相比，三星擁有38項(xiàng)與石墨烯相關(guān)的專利技術(shù)。在這之前，蘋果己經(jīng)通過使用錮錫氧化物來制造第一款觸屏手機(jī)。

2.另一項(xiàng)可能的未來應(yīng)用是制造具備超高機(jī)械強(qiáng)度的石墨烯復(fù)合材料，用于建筑物、汽車、輪船、漁船、飛機(jī)、宇宙飛船及機(jī)器人等。如此一來，加來道雄表示石墨烯將改變我們的生活方式的說辭便不足為怪了。

3.另一項(xiàng)未來應(yīng)用似乎可替代傳統(tǒng)的、通過與空氣產(chǎn)生共振而發(fā)出聲音的揚(yáng)聲器。人們發(fā)現(xiàn)通過加熱處理，石墨烯也能實(shí)現(xiàn)相同的功能。因其超薄的特性，石墨烯幾乎無需電流便可輕易地產(chǎn)生聲波，從而生產(chǎn)出高保真音頻揚(yáng)聲器。

二、知識拓展

（一）石墨烯的發(fā)展

由于石墨烯的重要特性和巨大應(yīng)用價(jià)值，美國、歐盟、日本和中國等80多個(gè)國家皆將石墨烯材料的發(fā)展提高到戰(zhàn)略高度，相繼投入數(shù)十億美元用于石墨烯材料的研究和開發(fā)。歐盟委員會將石墨烯列為僅有的兩個(gè)“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一。美國將石墨烯視為支撐未來科技發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。各國企業(yè)也積極進(jìn)行石墨烯產(chǎn)業(yè)的布局，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有近300家公司涉足石墨烯相關(guān)的研究和開發(fā)，其中包括IBM、杜邦、洛克希德·馬丁、波音、三星、陶氏化學(xué)、索尼等科技巨頭。

（二）我國石墨烯發(fā)展現(xiàn)狀與水平

我國政府高度重視石墨烯發(fā)展，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和科技部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)鍵材料升級換代工程實(shí)施方案》中明確提出支持石墨烯實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用。工信部專門印發(fā)了《加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》。習(xí)近平主席在參觀英國國家石墨烯研究院時(shí)提出：“中英兩國在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”.我國石墨烯研發(fā)起步相對較晚，但2010年后發(fā)展迅速，整體接近國外先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了領(lǐng)先。在基礎(chǔ)科研方面，全球石墨烯研究論文超過12萬篇，中國占有40%,排名第一；全球?qū)＠暾埧偭繛?9229件，中國專利申請量為23953件，占比48.65%,排名第一。在石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面，各級政府也在積極加快產(chǎn)業(yè)化步伐，石墨烯薄膜和粉體己實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，下游應(yīng)用正穩(wěn)步推進(jìn)。全國石墨烯產(chǎn)業(yè)己形成江蘇常州、浙江寧波、北京等城市為首的格局。國內(nèi)江南石墨烯研究院、常州二維碳素、寧波墨西等企業(yè)成為石墨烯產(chǎn)業(yè)的開拓者。

（三）我國石墨烯產(chǎn)業(yè)存在的問題

第一個(gè)是技術(shù)問題，比如高質(zhì)量、低成本、綠色制備的提純技術(shù)，以及它的應(yīng)用技術(shù)，自身的安全以及生產(chǎn)的環(huán)保性，這些技術(shù)都還有待進(jìn)一步研究。市場問題就是它的研發(fā)落后，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)也缺乏指導(dǎo)，所以市場需求尚未打開。

第二個(gè)是石墨烯材料有一個(gè)優(yōu)材低用的問題，就是在下游領(lǐng)域的優(yōu)材低用。由于現(xiàn)在石墨烯產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，但是這些應(yīng)用技術(shù)門檻低，再加上我們資本市場的一個(gè)熱捧，所以很多企業(yè)都紛紛涉足其中，甚至盲目地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能，對目前產(chǎn)品的低端化、同質(zhì)化的現(xiàn)象非常嚴(yán)重。能夠真正體現(xiàn)石墨烯性能的高端應(yīng)用卻很少。

第三個(gè)是成本問題，前期的研發(fā)投入資金量大，周期長，而且石墨烯的這種制備成本，也需要進(jìn)一步的降低。

第四個(gè)是環(huán)保問題，石墨烯的制備方法會帶來一些環(huán)境的影響，造成生態(tài)的破壞能力，再加上石墨烯企業(yè)環(huán)保設(shè)施的缺失，政府監(jiān)管的不到位，所以對環(huán)境保護(hù)還存在著較大的壓力。

（四）石墨烯的發(fā)展趨勢

1.更快的計(jì)算機(jī)芯片和寬帶。生產(chǎn)電子器件的企業(yè)目前正朝著無限縮小其產(chǎn)品尺寸的方向努力。他們致力于把更多的器件放在寬度小于1nm的芯片上。而石墨烯的結(jié)晶完整性以及高于硅片的導(dǎo)電性正顯示出可在分子水平上生產(chǎn)二極管和晶體管等電子設(shè)備的潛力。IBM公司己宣告其生產(chǎn)出晶圓級的石墨烯電路。該電路是一種利用石墨烯中的高速電子實(shí)現(xiàn)功能的寬帶射頻混合器。石墨烯的該種特性有望應(yīng)用于高頻手機(jī)傳送中，即應(yīng)用在接收器以及為基站發(fā)送信號中。IBM公司生產(chǎn)的石墨烯器件可在150×103MHz的頻率下工作，這早己超過了目前手機(jī)使用的頻率。這一結(jié)果有望拓寬手機(jī)使用的無線電頻譜，增強(qiáng)手機(jī)連接信號。

2.超強(qiáng)防彈衣。馬薩諸塞大學(xué)的研究人員表示，當(dāng)子彈擊中石墨烯后，石墨烯會在子彈撞擊點(diǎn)伸長變形成圓錐狀，吸收大量的子彈動能。研究人員表示，雖然有裂縫形成，但石墨烯制成的防彈背心對子彈沖擊力的吸收能力是凱夫拉防彈衣的兩倍多，并且承受動能的能力比鋼材高10倍。由于石墨烯薄且擁有超高的機(jī)械強(qiáng)度，所以它是最適合制造防彈背心的材料。

3.石墨烯無人機(jī)。大疆創(chuàng)新科技有限公司是一家中國的國際化公司。該公司正開發(fā)一種多旋翼飛行器形式的石墨烯無人機(jī)，將石墨烯用于機(jī)身、機(jī)翼以及支撐架。該無人機(jī)重量輕、剛性大、電池容量大，能實(shí)現(xiàn)較快加載且壽命長。然而，由于石墨烯電池還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，石墨烯無人機(jī)還將推遲上市。

三、工程案例分析

（一）高比強(qiáng)度相關(guān)領(lǐng)域

由于石墨烯比碳納米纖維的質(zhì)地更為堅(jiān)硬，質(zhì)量更輕，并能承受金剛石切割器的切削力，科學(xué)家正考慮將其應(yīng)用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、飛輪、飛行器、運(yùn)輸和高功率傳輸線等。目前，一些利用石墨烯高強(qiáng)度特性的商業(yè)應(yīng)用己投入生產(chǎn)。例如：海德網(wǎng)球拍系列“YouTekTMSPEED”目前己經(jīng)準(zhǔn)備上市，該網(wǎng)球拍的桿涂有原子厚度的碳原子層。

（二）高彈性相關(guān)領(lǐng)域

石墨烯具有高電子遷移率和高機(jī)械強(qiáng)度，這兩大特性適用于制造各種類型的柔性電子線路。此外，石墨烯片也可沉積于聚合物之上作為基底，從而可低成本制造某些電子線路。()目前，有數(shù)種裝置可實(shí)時(shí)探測人體肌肉內(nèi)的汞含量，但它們對汞不具有特異性，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測還有很大的進(jìn)步空間。具有高敏感性和高選擇性的液態(tài)離子封閉場效應(yīng)晶體管型柔性石墨烯汞適體傳感器得以開發(fā)。這種基于石墨烯的適體傳感器探測時(shí)間小于1s.在這種裝置中，石墨烯片轉(zhuǎn)移至像聚合物一樣的柔性基底上并可用作適體傳感器。

（三）電力發(fā)電

1.燃料電池。燃料電池的種類繁多，但多是在室溫下使用非反應(yīng)性氣體進(jìn)行工作，換句話說，這些氣體不會降解石墨烯，可用于研制燃料電池的電極。

2.太陽能電池。

（四）醫(yī)療領(lǐng)域

1.細(xì)胞毒性。

2.藥物傳輸。

四、結(jié)語

石墨烯被譽(yù)為“神奇的材料”,從納米級的“綠色”科技到傳感器，以及未來的導(dǎo)電涂層等方面，都具有極大的應(yīng)用潛力。可以說，石墨烯的出現(xiàn)不僅給科學(xué)家們提供了一個(gè)充滿魅力與無限可能的研究對象，更讓我們對其充滿了期待。也許在不久的將來，石墨烯就會為我們搭建起更加便捷與美好的生活。

五、參考文獻(xiàn)

[1] Abhilash M.;International J.of Pharma and Bio Sciences, Vol.V1（1）p.1, 2010

[2] Ahn S.H.and Guo L.;J.Adv.Mater., Vol.20, p.2044, 2008

[3] Allen M.J., Tung V.C.and Kanter R.B.;Chem, Rev., Vol.110, p.132.2010

作者：瑪杜麗·沙倫（Madhuri Sharon）

馬赫斯赫瓦爾·沙倫（Maheshwar Sharon）

翻譯：張純輝、沈啟慧

出版社：機(jī)械工業(yè)出版社

第二篇：石墨烯學(xué)習(xí)心得

石墨烯學(xué)習(xí)心得

最近這段時(shí)間斷斷續(xù)續(xù)搜集了很多納米材料、半導(dǎo)體物理還有石墨烯的相關(guān)資料，主要是來自萬方數(shù)據(jù)網(wǎng)、超星學(xué)術(shù)視頻網(wǎng)站、百度文庫還有一些相關(guān)網(wǎng)頁博客資料。了解到了很多之前聞所未聞的知識，比如“納米材料的神奇特性、納米科技潛在的危害”等等。

對于石墨烯，主要有如下幾方面不成熟的想法，還望老師您來指正。

（一）在石墨烯新奇特性以及宏觀應(yīng)用預(yù)測方面

有人認(rèn)為，石墨烯的這些新奇的特性以及預(yù)期應(yīng)用并不能推廣到宏觀尺寸。

第一是認(rèn)為很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是來源于對微納米級單層石墨烯的實(shí)驗(yàn)研究，不能把納米微米級觀察和測試到的數(shù)據(jù)無限夸大到宏觀應(yīng)用；

第二是認(rèn)為單層懸浮石墨烯的特異性是依靠其邊界碳原子的色散作用而穩(wěn)定存在，大面積的單層懸浮石墨稀不可能穩(wěn)定存在。第三是認(rèn)為目前的大面積石墨烯的應(yīng)用實(shí)例存在相當(dāng)大的褶皺以及碳原子缺失。因而否定很多2010年諾貝爾物理獎的公告中對于石墨稀的宏觀應(yīng)用預(yù)測，并主張繼續(xù)深入石墨烯微觀性能研究，比如半導(dǎo)體器件等研究。

我想：我們最好還是不能放棄石墨烯在宏觀尺度上應(yīng)用的希望，應(yīng)該盡最大努力用各種手段去克服所謂的褶皺、碳原子缺失等等導(dǎo)致石墨烯性質(zhì)不能穩(wěn)定存在的負(fù)面因素，比如采用襯底轉(zhuǎn)移（CVD）的方式所制大面積石墨烯透明電極尺寸的方法（雖然制得的石墨烯還有很多的缺陷，但至少證明大面積石墨烯還是有可能穩(wěn)定存在并最終為我們所用的吧，畢竟有宏觀實(shí)際應(yīng)用的材料才更有可能是有發(fā)展前景的新型材料）。

（二）在石墨烯制備工藝方面 我們知道，石墨烯非常有希望在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中成為新一代器件，但這些元件要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平,還需要解決很多問題。那就是如何在所要求的基板或位臵制作出不含缺陷及雜質(zhì)的高品質(zhì)石墨烯,或者通過摻雜(Doping)法實(shí)現(xiàn)所期望載流子密度的石墨烯。用于透明導(dǎo)電膜用途時(shí)能否實(shí)現(xiàn)大面積化及量產(chǎn)化,而用于晶體管用途時(shí)能否提高層控制精度,這些問題都十分重要。今后,為了探尋石墨烯更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,還需繼續(xù)尋求更為優(yōu)異的石墨烯制備工藝,使其得到更好的應(yīng)用。

（三）石墨烯在納米存儲器上的應(yīng)用前景

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)已逐漸逼近物理極限，難以大幅度提高存儲器的性能，越來越難以滿足人們對存儲器的要求，要想有突破性的進(jìn)展，就必須另辟蹊徑，尋找新的原理和方法。

第一是因?yàn)閭鹘y(tǒng)半導(dǎo)體存儲器存在容量小數(shù)據(jù)易丟失等弊端。第二是因?yàn)楝F(xiàn)代化信息爆炸社會迫切要求新型的大容量存儲器的出現(xiàn)。

第三因?yàn)槭侨藗儗π畔⒋鎯Φ陌踩砸笤絹碓礁摺Ｗ詈螅偃缂{米存儲技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的話，屆時(shí)我們電腦中的存儲設(shè)備也許會以PB為單位計(jì)算，而因存儲介質(zhì)損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的煩惱也將遠(yuǎn)離我們。所以我覺得：要是可能的話，以石墨烯為介質(zhì)的存儲器，應(yīng)該是一個(gè)不錯的研究方向。

第三篇：石墨烯前景

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一；

十二五規(guī)劃

石墨烯是新材料中最為“時(shí)髦”的一員。它具有超硬、最薄、負(fù)電子的特征，有很強(qiáng)的韌性、導(dǎo)電性以及導(dǎo)熱性。這使其能夠廣泛應(yīng)用于電子、航天、光學(xué)、儲能、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，擁有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。

因此，石墨烯在2004年被發(fā)現(xiàn)后就迅速引發(fā)全球范圍內(nèi)的研究熱。近年來我國在石墨烯研發(fā)應(yīng)用方面的研究不斷加強(qiáng)，各地政府和有關(guān)機(jī)構(gòu)加大力度扶持和推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2013年6月，內(nèi)蒙古石墨烯材料研究院正式成立。這是我國首個(gè)與石墨烯材料相關(guān)的綜合性研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)開發(fā)中心。

2013年7月13日，在中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會的支持下，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正式成立。該聯(lián)盟已向有關(guān)部門上報(bào)了無錫、青島、寧波、深圳四個(gè)地方，作為石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)示范基地。江蘇省、山東省等省級石墨烯聯(lián)盟已于2013年陸續(xù)成立。

2013年12月18日，無錫市發(fā)布《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，規(guī)劃建立無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)和無錫市石墨烯技術(shù)及應(yīng)用研發(fā)中心、江蘇省石墨烯質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心。力爭把無錫市打造成國家級石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范基地和具有國際競爭力的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)。

2013年12月20日，寧波年產(chǎn)300噸石墨烯規(guī)模生產(chǎn)線正式落成投產(chǎn)。

與此同時(shí)，上海浦東新區(qū)也正籌備建立臨港石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并力爭國家石墨烯檢驗(yàn)監(jiān)測中心落戶浦東。

石墨烯產(chǎn)業(yè)遍地開花。據(jù)記者了解，目前，無錫市已設(shè)立2億元專項(xiàng)資金，通過補(bǔ)貼、配套、獎勵、跟進(jìn)投資、股權(quán)投資等方式，進(jìn)一步扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展；寧波為了扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也拿出了千萬元以上的扶持資金。業(yè)內(nèi)人士表示，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化其產(chǎn)值至少在萬億元以上。

推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

第四篇：石墨烯制作方法總結(jié)

目前制備石墨烯采用的方法有：微機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、溶劑剝離法和溶劑熱法等．

Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes

Figure 1 | Synthesis, etching and transfer processes for the largescale and patterned graphene films.a, Synthesis of patterned graphene films on thin nickel layers.b, Etching using FeCl3(or acids)and transfer of graphene films using a PDMS stamp.c, Etching using BOE or hydrogen fluoride(HF)solution and transfer of graphene films.RT, room temperature(,25 ℃).Thin layers of nickel of thickness less than 300nm were deposited on SiO2/Si substrates using an electron-beam evaporator電子束蒸發(fā)器, and the samples were then heated to 1,000℃ inside a quartz tube under an argon atmosphere.After flowing reaction gas mixtures(CH4:H2:Ar=50:65:200 standard cubic centimetres per minute), we rapidly cooled the samples to room temperature(25℃)at the rate of ,10℃/s using flowing argon.We found that this fast cooling rate is critical關(guān)鍵 in suppressing formation of multiple layers and for separating graphene layers efficiently from the substrate in the later process.In our work,an aqueous iron(III)chloride(FeCl3)solution(1 M)was used as an oxidizing etchant to remove the nickel layers.The net ionic equation of the etching reaction can be represented as follows:

2Fe3+(aq)+Ni(s)=2Fe2+(aq)+Ni2+(aq)This redox process slowly etches the nickel layers effectively within a mild pH range without forming gaseous products or precipitates.In a few minutes, the graphene film separated from the substrate floats on the surface of the solution, and the film is then ready to be transferred to any kind of substrate.Graphene on metal surfaces

第五篇：石墨烯調(diào)研小結(jié)

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石墨烯調(diào)研小結(jié)

一、簡介石墨烯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,是一種由碳原子以sp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。

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時(shí)，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現(xiàn)。

石墨烯是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家對石墨烯的機(jī)械特性進(jìn)行了全面的研究。在試驗(yàn)過程中，他們選取了一些直徑在10—20微米的石墨烯微粒作為研究對象。研究人員先是將這些石墨烯樣品放在了一個(gè)表面被鉆有小孔的晶體薄板上，這些孔的直徑在1—1.5微米之間。之后，他們用金剛石制成的探針對這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力，以測試它們的承受能力。研究人員發(fā)現(xiàn)，在石墨烯樣品微粒開始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力居然達(dá)到了大約2.9微牛。據(jù)科學(xué)家們測算，這一結(jié)果相當(dāng)于要施加55牛頓的壓力才能使1微米長的石墨烯斷裂。

我們至今關(guān)于石墨烯化學(xué)性質(zhì)知道的是：類似石墨表面，石墨烯可以吸附和脫附各種原子和分子。從表面化學(xué)的角度來看，石墨烯的性質(zhì)類似于石墨，可利用石墨來推測石墨烯的性質(zhì)。石墨烯化學(xué)可能有許多潛在的應(yīng)用，然而要石墨烯的化學(xué)性質(zhì)得到廣泛關(guān)注有一2www.tmdps.cn

個(gè)不得不克服的障礙：缺乏適用于傳統(tǒng)化學(xué)方法的樣品。這一點(diǎn)未得到解決，研究石墨烯化學(xué)將面臨重重困難。

二、石墨烯應(yīng)用方向

石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路。高頻電路是現(xiàn)代電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電子設(shè)備，例如手機(jī)，由于工程師們正在設(shè)法將越來越多的信息填充在信號中，它們被要求使用越來越高的頻率，然而手機(jī)的工作頻率越高，熱量也越高，于是，高頻的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無限廣闊了。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級計(jì)算機(jī)。

三、石墨烯的制備——氧化石墨還原法

氧化石墨還原法氧化石墨還原法氧化石墨還原法 氧化石墨還原法制備石墨烯是將石墨片分散在強(qiáng)氧化性混合酸中，例如濃硝酸和濃硫酸，然后加入高錳酸鉀或氯酸鉀強(qiáng)等氧化劑氧化得到氧化石墨(GO)水溶膠，再經(jīng)過超聲處理得到氧化石墨烯, 最后通過還原得到石墨烯。這是目前最常用的制備石墨烯的方法。石墨本身是一種憎水性的物質(zhì)，然而氧化過程導(dǎo)致形成了大量的結(jié)構(gòu)缺陷，這些缺陷即使經(jīng)1100 °C退火也不能完全消除，因此GO表面和邊緣存在大量的羥基、羧基、環(huán)氧等基團(tuán)，是一種親水性物質(zhì)。由于這些官能團(tuán)的存在，GO容易與其它試劑發(fā)生反應(yīng)，得到改性的氧化石墨烯。同時(shí)GO層間距(0.7~1.2nm)也較原始石墨的層間距(0.335nm)大，有利于其它物質(zhì)分子的插層。制備GO的辦法一般有3 種：Standenmaier法、Brodie法和Hummers法。制備的基本原理均為先用強(qiáng)質(zhì)子酸處理石墨，形成石墨層間化合物，然后加入強(qiáng)氧化劑對其進(jìn)行氧化。GO還原的方法包括化學(xué)液相還原、熱還原、等離子體法還原、氫電弧放電剝離、超臨界水還原、光照還原、溶劑熱還原、微波還原等。Stankovich等首次將鱗片石墨氧化并分散于水中，然后再用水合肼將其還原，在還原過程中使用高分子量的聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)對氧化石墨層表面進(jìn)行吸附包裹，避免團(tuán)聚。由于PSS 與石墨烯之間有較強(qiáng)的非共價(jià)鍵作用(π?π堆積力)，阻止了石墨烯片層的聚集，使該復(fù)合物在水中具有較好的溶解性(1 mg/mL)，從而制備出了PSS包裹的改性氧化石墨單片。在此基礎(chǔ)上，Stankovich等制備出了具有低的滲濾值(約0.1 %體積分?jǐn)?shù))和優(yōu)良的導(dǎo)電性能(0.1S/m)的改性單層石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合材料。

這種方法環(huán)保、高效，成本較低，并且能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。其缺陷在于強(qiáng)氧化劑會嚴(yán)重破壞石墨烯的電子結(jié)構(gòu)以及晶體的完整性，影響電子性質(zhì)，因而在一定程度上限制了其在精密的微電子領(lǐng)域的應(yīng)用。

四、石墨烯的應(yīng)用實(shí)例

石墨烯電池，利用鋰電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。不久前，美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動的特性，開發(fā)出一種新的電池。這種新的電池可把數(shù)小時(shí)的充www.tmdps.cn

電時(shí)間壓縮至短短不到一分鐘。分析人士認(rèn)為，未來一分鐘快充石墨烯電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來電池產(chǎn)業(yè)的變革，從而也促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新。