石墨烯简介.ppt

文档介绍：石墨烯简介
一、碳纳米材料
碳元素在元素周期表中排第六位
%
碳的同素异形体
(1)金刚石(最硬物)
(2)石墨(最软物)
(3)碳纳米管(良导体)
(4)足球烯
(5)石墨烯
玻璃态碳、无定形碳、活性炭等
碳的同素异形体间的关系:
石墨烯的定义
1997年,IUPAC将石墨烯定义为:
graphene:The term graphene should be used only when the reactions,structural relations or other properties of individual layers are discussed.
中文相应的定义还有待明确与标准化;
石墨烯发现与研究
严格意义上石墨烯的发现归功于Geim团队,在2004年采用胶带粘揭的方法(sotch taping),制备得到了完美的石墨烯;外延生长法、化学气相沉积、氧化还原法等;
根据严格意义的二维晶体理论,热力学上严格和独立的二维原子晶体是不稳定的,但是准二维原子晶体材料却可以稳定存在;
Geim等获得的石墨烯就是准二维原子晶体材料,具有褶皱或附在其他基底上
石墨烯的基本结构与性质
石墨烯的原子排列与石墨的单原子层相同;
是碳原子以sp2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体
每个碳原子周围有三个碳原子成键,C-,键角为120°,每个碳原子以3个sp2杂化轨道和邻近3个碳形成3个σ键,剩下的1个p轨道和邻近的碳原子一起形成共轭体系
石墨烯的性质
石墨烯中的碳原子许多性质与苯环上的碳原子有相似之处,无数个六元环构成,其边缘氢原子对分子的贡献远小于苯环,因而性质有许多不同;
单层石墨,边缘性质与石墨有一定程度类似;
具有部分稠环芳烃和石墨的化学性质;
石墨烯电子性质和能带结构
零带隙半导体(禁带宽度为零),该性质主要取决于其特殊的能带结构;
锥形价带和导带对称分布在费米能级上下,导带和价带的交点为狄拉克点;(电子运动遵循狄拉克方程)
石墨烯电荷传输性质
具有很高的电荷迁移率(载流子几乎可以以光速移动);
电阻率为10-6欧姆●厘米,目前已知物质中室温电阻率最低的材料;
石墨烯的光学性质
具有令人惊奇的光学性质,%的吸收(电子能带结构);
%;
零带隙结构使石墨烯对光很容易饱和,具有较低的饱和通量;(光学领域、激光开关)