文档介绍：石墨烯
王东
2010年10月
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调研报告的主要内容
石墨烯的基本知识
石墨烯的研究进展
晶圆级石墨烯
本人对该项目的若干建议
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石墨烯的基本知识
C元素的同素异形体
石墨(Graphite)——层状结构,每一层中的碳按六方环状排列,上下相邻层通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构,位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。
金刚石(Diamond)——四面体结构,四个碳原子占据四面体的顶点。
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石墨烯的基本知识
富勒烯(Fullerene)
C60球棍模型
1985年,英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。克罗托获得1996年度诺贝尔化学奖。
随后又陆续发现C70等一系列由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球或椭球结构的共轭烯结构,以建筑学家富勒命名为富勒烯。
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石墨烯的基本知识
纳米碳管(Carbon Nanotube)
在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon Nanotube”,即碳纳米管,又名巴基管。
碳纳米管一般分为单壁(右上)和多壁(右下)两种。
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石墨烯的基本知识
石墨烯(Graphene)
2004年,曼彻斯特大学Geim教授、Novoselov博士和同事以微机械剥离法剥离层状石墨,发现了二维碳原子平面结构——石墨烯。
高分辨STM图片
a) 石墨
b) 单层石墨烯
3个C原子
6个C原子
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石墨烯的基本知识
石墨烯的发现推翻了所谓“热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在”*的原有认知,震撼了整个物理界。因此其发现者A. K. Geim和K. S. Novoselov获得了2008年诺贝尔物理学奖的提名。
* Novoselov K S, Geim A K, Firsov A A. Science, 2004, 306:666-669.
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石墨烯的基本知识
A. K. Geim和K. S. Novoselov已获2010年诺贝尔物理奖
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石墨烯的基本知识
什么是石墨烯?
石墨烯——英文Graphene,命名来自英文graphite+ -ene,是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构,是C元素的另外一种同素异形体。
. Geim教授认为,我们所熟知的石墨、纳米碳管和富勒烯等C的3维结构,是由单层石墨烯(SG)经过某种形变而形成的。
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石墨烯的基本知识
单层
石墨烯
富勒烯
纳米碳管
石墨
A K Geim & K S Novoselov.
Nature Materials, 2007,
6:183-191.
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