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宇宙
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比钻石还硬的材料 ——石墨烯
动力学院：申潇
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主要内容
石墨烯材料的性质
石墨烯材料的制备
石墨烯材料的展望
石墨烯材料的简介
石墨烯材料的应用
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一、石墨烯材料的简介
1、定义
石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。
石墨烯的理论比表面积高达2 600m2Pg ,具有突出的导热性能( 3 000W·m- 1·K- 1 ) 和力学性能(1 060GPa) , 以及室温下较高的电子迁移率(15 000cm2·V- 1·s - 1 ) 。此外,它的特殊结构,使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质 ,因而备受关注。
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2、发现
Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈•盖姆（Andre Geim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。正是这种简单的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。
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康斯坦丁·诺沃肖洛夫 安德烈·海姆
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3、结构
完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)
如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯;
可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元
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二、石墨烯材料的制备
1、机械剥离法
通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。
2、加热SiC法
通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。Berger等人已经能可控地制备出单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能是未来大量制备石墨烯的主要方法之一。
3、模板法
1988年京谷隆等利用模板法在蒙脱土的层间形成了石墨烯片层，一旦脱除模板，这些片层就会白组装形成体相石墨 。一些研究小组正在探索如何利用二维模板的孔隙制备可自由存在的单层石墨烯片层，但至今尚无令人满意的结果报道。
4、晶膜生长
利用生长基质原子结构“种”出石墨烯 .
5、化学法
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1、机械剥离法
以1mm 厚的高取向高温热解石墨为原料,在石墨片上用干法氧等离子体刻蚀出一个5μm 深的平台(尺寸为20μm —2mm ,大小不等) ,在平台的表面涂上一层2μm 厚的新鲜光刻胶,焙固后,平台面附着在光刻胶层上,从石墨片上剥离下来。用透明光刻胶可重复地从石墨平台上剥离出石墨薄片,再将留在光刻胶里的石墨薄片在***中释放出来,将硅片浸泡其中,提出,再用一定量的水和***洗涤。这样,一些石墨薄片就附着在硅片上。将硅片置于***中,超声除去较厚的石墨薄片,而薄的石墨薄片( d < 10nm) 就被牢固地保留在SiO2 表面上(这归结于它们之间较强的范德华力和毛细管作用力) 。
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