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改变21世纪的神奇材料-石墨烯
目录
1、什么是石墨烯
2、石墨烯的发现及制备
3、石墨烯的应用
4、石墨烯的发展前景
1、什么是石墨烯
一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。
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。
是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯几乎是完全透明的,%的光;
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过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。
2、石墨烯的发现及制备
一直以来石墨烯被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,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(Konstantin Novoselov),成功地在实验里从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“二维石墨烯材料的开创性实验”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
当时,他们发现能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。
3、石墨烯的应用
(1)取代硅用于电子产品
石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯电池
(2)用于传感器
因为石墨烯极强的敏感性,可用于PH传感器,用于需要高速工作的通信设备,如太赫兹波成像探测隐藏的武器,在光电传感器检测光纤中携带的信息。
a
b
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光电传感器
光敏二极管
(3)石墨烯复合材料
现在关于石墨烯的论文,70%是关于石墨烯复合材料的,制备石墨烯复合材料在弹性,断裂强度和断裂能方面显著提高。关于其他方面的性能有待研究。
(4)其他,离子筛、超轻型飞机,超坚韧防弹衣,长太空电梯
长太空电梯构想图