前沿讲座石墨烯研究进展

1、石墨烯世界2010年最大的科学笑话?是“石墨薄片”获2010世界诺贝尔物理学奖?获奖理由是说：获奖科学家用小学生使用的铅笔，在纸上涂抹下铅笔 芯屮的石墨粉,再用胶粘纸，进行反复粘贴,石墨粉变薄，而能创造 出天下奇迹。也就是石墨粉越薄，强度越人，强得能超过钢铁100倍？ 越薄越能耐高温？越薄越有超导电性？而没有任何事实根据支持，竟 然获奖。“石墨薄片”获奖，被推荐和评选为2010世界最大笑的理由是：因为 在宇宙间，在世界上找不到，永远也找不到，物质越薄，强度越大, 越能耐高温，电阻越小的物质和事实存在，诺贝尔奖又是世界上的大 事。而宇宙间有数不尽的大自然机器早已作了上百亿年的试验，证据 事实数据

2、堆山塞海。人类也进行了数不尽的物质材料验证实验，事实 证据也无处不在。无不说明在地球上，人世间绝对没有，物质越薄强 度越大的物质和事实存在。难道宇宙和人类早已进行了千年，万年的辛苦实验，还不如用铅笔在纸上毫无事实根据的胡乱画圈？而世界顶级的科学家们，则对大自然的事实视而不见，就此胡乱的相信和评选，还有我们更多无知的吹捧，难道不是天下的大笑 话？如果您不相信可以去口作小学生的实验，去看一看变相批评瑞典皇家科学院，2010年物理学评审委员会的建议文章，就会更明白。当然还有在自由的环境下，用“石墨诺贝尔笑话奖”这个题目就能看到成千上万的科学精英们，对此问题是怎么说的？又是怎么样去看？科学家将石墨烯聚

3、光能力提高20倍据美国物理学家组织网8月30日报道，英国科学家表示，他们对石墨烯的最新研究表明，让石墨烯与金属纳米结构结合可将石墨烯的聚光能力提高20倍，改进后的石墨烯设备有望在未来的高速光子 通讯中用作光敏器，让速度为现在几十倍的超高速互联网成为现实。 和关研究发表于自然一通讯杂志上。2010年，英国曼彻斯特人学的安德烈盖姆和康斯坦丁 诺沃谢洛夫因在石墨烯研究领域的突出贡献而荣膺诺贝尔奖。现在，他们和剑桥大学科学家做出了这项最新发现，为提高互联网和其他通讯设施 的速度铺平了道路。此前科学家们就发现，将两根紧密排列的金属丝放在石墨烯上 方，用光照射于其上会产生电力，这个简单的设备其实是一个基本

4、的 太阳能电池。更重要的是，因为石墨烯内的屯子拥有高流动性和高速 度等独特属性，右墨烯设备处理数据的速度可能是目前最快的互联网 光缆的几十倍甚至几百倍。然而，迄今为止，这些极富应用潜力的设备在实用过程屮一直遭遇聚光效率低下这一瓶颈，石墨烯只能吸收照射于其上的3%的光线來产生电力，其余光线全成了 “漏网z鱼” o现在，科学家通过将石墨烯和纳米金属结构耦合在i起，并将金 属结构采用特殊的排列方法置于石墨烯上解决了这个问题。这种所谓 的等离子体纳米结构显著增强了能被石墨烯感应的光电场，并能有效 地将光集屮在石墨烯上，将石墨烯的聚光性能提高了 20倍，而且其 数据处理速度没有受到丝毫影响。该研究团队的

5、主要成员、等离了体专家亚历山大格里高仁科表 示，石墨烯似乎是等离子体的天然伙伴，他们希望等离子体纳米结构 能改进石墨烯设备的性能，现在他们不仅做到了，而且结果超乎想象, 其聚光效率还可进一步提高。该研究的另一名参与者、剑桥大学工程系科学家安德鲁法拉利 表示：“迄今为止，石墨烯的主要研究领域一直集中于基础物理学和 电子学。最新研究表明，石墨烯在光子学和光电子学领域也有重耍的 应用潜力，可用于制造太阳能电池和光敏器等多种有用设备。”石墨烯是从石墨材料屮剥离出来、由碳原子组成的二维晶体，只 有一层碳原子的厚度，是迄今最薄也最坚硬的材料，其导电、导热性 能超强，远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多科

6、学家认为，石 墨烯或能取代硅成为未来的电子元件材料，广泛应用于超级计算机、 触摸屏和光子传感器等多个领域。（来源：科技日报刘海英刘霞）科学家从电子层面上研究石墨烯英国曼彻斯特大学教授安德烈海姆与康斯坦丁诺沃肖洛夫因制备石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖。现在，他们又从电子层 面上研究了这种被认为是硅终结者的“神奇材料”，并声称这是石墨 烯边向实际应用的“口大跃进”。石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由碳原了组成的二维晶体, 只有一层碳原子的厚度，是迄今最薄、同时也是最坚硬的材料，导电、 导热性能超强，几乎完全透明。很多人认为，石墨烯可能将取代硅成 为未来的电子元件材料，在超级计算机、触摸屏和光

7、子传感器等多个 领域“大显身手” o海姆和诺沃肖洛夫7月24日在英国口然一物理杂志上发表 论文说，为从电子层面上研究石墨烯，他们让多层石墨烯悬浮于真空 环境中，这样最大限度地减少了电子散射，并方便观测电子间如何相 互作用。结果发现，电了在石墨烯中的表现与在其他金属中大为不同。 在石墨烯中，电子能像光子那样高速运动，其速度是在硅中的数十倍。 海姆在新闻公报中说，这是一项令人激动的物理学发现，它可能直 接应用于制造电子设备等方面。诺沃肖洛夫则表示，这是石墨烯迈向 实际应用的“巨大跃进”。科学家早在1947年就从理论上提出石墨烯可能存在，但在此 后很长时间里，制取石墨烯的努力一直没有成功。2004年

8、，海姆和 诺沃肖洛夫用普通胶带从石墨上剥离出石墨片，并重复操作，石墨片 越来越薄，最终得到单层石墨片，即石墨烯。2010年，他们因此获 得诺贝尔物理学奖。（来源：科学时报）款石墨烯集成电路研制成功 向研制石墨烯计算机芯片前进了步据美国大众科学网站近日报道，美国ibm公司的科学家研制 出了首款由石墨烯圆片制成的集成电路，向开发石墨烯计算机芯片前 进了一步。科学家们认为，这项突破可能预示着，未来可用石墨烯圆 片来替代硅晶片，相关研究发表在最新一期科学杂志上。这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应 晶体管组成。去年，ibm公司托马斯沃森研究中心科学家林育明领 导的团队展示了首块基于石

9、墨烯的晶体管，其能在100g赫兹的频率 上运行，但这次，该团队将其整合进一块完整的集成电路屮。多个科研团队在研制石墨烯晶体管和接收器中遇到了儿大障碍： 首先，石墨烯这种纤薄的单原子层薄片很难同制造芯片所用的金属和 合金匹配到一起。另外，在蚀刻过程中，石墨烯很容易受损。林育明团队找到了 一种新方法通过在一块碳化硅晶圆的 硅面上种植石墨烯，清除了这些障碍。接着，他们将石墨烯包裹进一 个聚合物内，进行必须的蚀刻过程，随后再用些丙酮将这些聚合物 清除。研究人员表示，该晶体管门的长度仅为550纳米，整个集成电 路仅为一颗盐粒那么大。而冃，这种生产过程也可用于其他类型的石 墨烯材料，包括将化学气相淀积（c

10、vd）石墨烯膜合成在金属膜之上, 也可用于光学光刻以改善成木和产能。按照美国电气与电子工程师学会（ieee）出版的ieee波普 杂志的解释，这块集成电路是一个宽频无线电频率混频器一一无线电 收音机的关键组件，该集成电路通过找出两个输入频率的和与差来输 出新的无线电信号。科学家们表示，最新的石墨烯集成电路混频最多 可达10g赫兹，而且其可以承受125摄氏度的高温。该研究团队认为，这块集成电路还可以运行得更快，届时，rti 这类集成电路制成的芯片可以改进手机和无线电收发两用机的信号， 未来，手机或许能在一般认为无法接收信号的地方工作。石墨烯场效应晶体管替代硅可能还需要一段时间，tbm公司的科 学家

11、下步将继续改进这种集成电路的性能，其中包括使用对石墨烯 导电性不会造成损害的各种不同金属。（来源：科技日报 刘霞）科学家利用石墨烯研制出调制器 数秒内下载一部三维高清电影有望成为现实据美国物理学家组织网5月8日报道，美国科学家使用石墨烯研 制出了一款调制器，科学家表示，其能大幅提高数据包的传输速度， 实现超快数据通讯。加州大学伯克利分校教授、美国国家科学基金会纳米尺度科学和 工程中心主任张翔（音译）领导的科研团队将石墨烯铺展在一个硅波 导管的顶部，建造岀了这款能打开或关闭光的光调制器（调制器是控 制数据传输速度的关键），其调制速度目前为1吉赫（千兆赫），但 从理论上来讲，未来单个光调制器的调制

12、速度可达500吉赫。科学家们发现，施加不同电压，石墨烯中电了的能量（费米能级） 会改变，而石墨烯是否吸收光线也会决定其费米能级。当施加充足的 负电压时，电子被吸出石墨烯并不再能吸收光子，因此，当光子通过 石墨烯时，石墨烯完全透明，光被“打开” o当施加某种正屯压吋， 石墨烯也是透明的，但电了紧密地包裹在一起，使它们无法吸收光了, 从而有效地“关闭”光线。科学家在石墨烯上找到了一个最有效的位 置来施加足够的电压，以此让该石墨烯调制器拥有了打开或关闭光线 的能力。张翔表示，与基于电学的组件相比，基于光学的组件有多种优势, 包括能携带更密集的数据包更快地传输。新调制器是全球最小的光调 制器，仅为25

13、平方微米，比一般为几平方毫米的普通商用调制器小 很多，其能在现有最快速度10多倍的速度下操作，新技术有望显著 提升超快光通讯和光计算的能力，未来，使用该石墨烯调制器，消费 者只需几秒，就能将整部三维高清电影“搬”到智能手机上。即使体形如此“纤细”，但石墨烯的频宽容量很大，石墨烯能吸 收的光涵盖数千纳米，从紫外线到红外线都可。科学家指出，这使石 墨烯调制器能比现有最顶级调制器（其操作带宽为10纳米）携带的 数据更多。且用来制作调制器的石墨烯非常少，一支铅笔中的石墨提 供的石墨烯足以制造出10亿个光调制器。张翔表示，新石墨烯调制器不仅可用于消费电子产品上，还可用 于任何受限于数据传输速度的领域，包

14、括生物信息学以及天气预报 等，未来也会广泛应用于工业领域。该试验的参与者、伯克利分校超 快纳米光学小组的负责人王峰（音译）表示，新调制器也可用于调制 其他频率范围的光线，比如中波红外线（广泛适用于分子传感等方面） 等。（來源：科技h报刘霞）新型石墨烯材料薄如纸硬如钢重量比钢轻6倍抗拉强度比钢大10倍据美国物理学家组织网4月21 ei报道，澳大利亚悉尼科技大学 的科学家日前宣布，他们开发出了一种厚度和纸相当、强度比钢述高 的石墨烯复合材料，这种纳米结构的石墨烯材料复验性测试结果良 好，有望在汽车制造、航空工业、电子以及光学等领域引发革命性变 革。相关论文发表在故新一期应用物理学期刊(journa

15、l of applied physics)上。由悉尼科技大学王国秀(音)教授带领的这个研究小组， 通过合成法和热加工法对石墨进行提纯和过滤，进而将其制成像纸一 样薄的薄片。这种石墨烯纸(gp)在微观上呈单层六角形碳素品格结 构，具有独特的热学、电学和机械性能。对比实验显示，与普通钢材 相比，石墨烯纸在重量上要轻6倍，密度上小5到6倍，强度上大2 倍，抗拉强度大10倍，抗弯刚度大13倍。负责该项研究的阿里利萨兰迪巴托契说，此前还没有人用 类似的方法制造出有如此性能的石墨烯纸，这种材料与钢和比不但更 轻、更强、更灵活，而且还可回收和循环使用，是一种环境友好型产 品，有望在汽车制造和航空t业领域首先

16、获得应用。与传统的钢材和 铝材相比，用新材料制成的汽车和飞机不但会更加省油，产生的排放 也会更少，同时其运行成本也会更加低廉。据了解，目前不少飞机和汽车制造商已经开始用碳纤维材料取代 金属材料。空客a350碳纤维复合材料用量已占总重量的40%；波音 787机翼和机身上使用的碳纤维复合材料超过50%o采用这种材料的 客机油耗少，减排效果显著，维护方便，能够给航空公司节省燃料和 维护费用，岀现后立即引起了世界各国的关注。被喻为“公路上的 f1”的梅赛德斯奔驰slr迈凯轮跑车也采用了高强度碳复合材料，其 最高时速可达334公里/小时，100公里内的加速仅需3. 8秒。与碳 纤维复合材料相比，石墨烯纸

17、的性能无疑更为出色。兰迪巴托说，10年来越来越多的金属材料已经被碳基材料取代, 以澳大利亚为例，在其采矿业、材料加工和制造业中，碳基材料的应 用正日渐广泛。而澳大利亚具有丰富的石墨资源，为石墨烯材料的大 规模生产和开发提供了便利。（来源：科技日报王小龙）石墨烯能有效传导电子自旋 诺奖得主再接再厉；有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料英国曼彻斯特大学教授安徳烈海姆(andre konstantin geim) 与其同事因制成石墨烯而荣获去年诺贝尔物理学奖。口前，他和同事 又在新一期美国科学杂志上报告说，他们发现石墨烯能有效传导 电子自旋，有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料。目前的电子元

18、件基本上都是利用电子具有电荷这种性质，电荷的 传导能够形成电流并成为电子元件工作的基础。然而，电子还具有另 一种被称作自旋的性质，如果能够加以开发利用，可制造出比现有电 子元件更小、更快的电子元件。但是，寻找能够有效传导自旋的材料 成为一个难题。海姆领导的国际研究小组报告说，他们发现如果给石墨烯施加一个 特殊磁场，就可以在其中实现电子口旋的传导，而这种“口旋流”具 有成为下一代电子元件工作基础的潜力。研究还显示，在石墨烯屮产 生的“自旋流”比在其他一些材料中更强烈并且更易控制。海姆表示，本次研究提供了一个新的机制，有助于推动基于电子自 旋的下一代电子元件的研发。石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由碳原子组成的二维晶体， 它只有一层碳原子的厚度，是目前世界上最薄的材料。2004年，海 姆与同事康斯坦丁诺沃肖洛夫制成石墨烯，它从此成为科学界和工 业界关注的焦点。(來源：新华网黄苹)美科学家以蔗糖为原料制出纯净石墨烯据美国物理学家组织网2月14日报道，美国科学家使用普通的 蔗糖制造出了纯净的石墨烯，用这种石墨