石墨烯-材料界的新秀

1、汇报人：汇报人： 李洁，李洁， 张华，张华， 李衎，李衎， 陈赫陈赫石墨烯简介石墨烯简介1石墨烯的结构和性能石墨烯的结构和性能2制备方法与工艺制备方法与工艺3石墨烯的应用石墨烯的应用4报告提纲报告提纲石墨烯，简单来说就是石墨烯，简单来说就是单层的石墨片，几乎单层的石墨片，几乎是透明的，只吸收是透明的，只吸收2.3%2.3%的光，具有非常的光，具有非常典型的二维片层结构。典型的二维片层结构。它由它由Andre Andre GeimGeim 和和KonstantinKonstantin NovoselovNovoselov发现，二人发现，二人携手拿下携手拿下20102010年诺贝年诺贝尔物理学奖尔

2、物理学奖Andre GeimKonstantin Novoselov认识石墨烯认识石墨烯周五夜实验周五夜实验从娱乐到成就 2004胶带粘出石墨烯胶带粘出石墨烯诺贝尔奖诺贝尔奖 2000搞笑诺贝尔奖搞笑诺贝尔奖英国剑桥大学英国剑桥大学下午茶喝出诺贝尔奖下午茶喝出诺贝尔奖没有做不到的事情只有想不到的点子Geim最喜欢的小仓最喜欢的小仓鼠鼠搞笑物理学奖结构结构强大的石墨烯强大的石墨烯性能性能结构和性能结构和性能典型的二维典型的二维网状结构网状结构高透光性；高电高透光性；高电导率；高韧性；导率；高韧性；量子霍尔效应；量子霍尔效应；铁磁效应，等等。铁磁效应，等等。石墨烯的制备技术石墨烯的制备技术1. 机

3、械剥离法2. 还原氧化石墨法3.溶剂热辅助剥离法4. 等离子刻蚀法5. 有机合成法University of Manchester Novoselov et al., Science 2004, 306, 666-668 优点优点1.设备简单2. 成本低廉3. 缺陷少，质量高 缺点缺点偶然性大层数可控性差机械剥离法机械剥离法Hummers and Offeman, J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339常规技术-改性Hummers 方法 优点优点1.成本低廉 设备简单2. 产率较高 缺点缺点1. 制备的石墨烯纯度不够2. 强氧化剂破坏石墨烯片层3. 还原剂成本高、有毒

4、有污染Stankovich et al., Carbon 2007, 45, 1558-1565还原氧化石墨法还原氧化石墨法 优点优点1.所用的还原剂氢碘酸还原效果好，C/O 122.比水合肼和硼氢化钠等成本低3. 无毒，无污染4. 对石墨烯片层无损5. 可以在酸性环境中进行中科院金属研究所ACS Nano 2010, 4, 5245-5252Carbon 2010, 48, 4466-4474HIHI还原氧化石墨法还原氧化石墨法溶剂热辅助剥离法溶剂热辅助剥离法步骤步骤A步骤步骤B步骤步骤C1000下，在保护气（5%H2+95%Ar）中加热60 s，获得中间产物EG。膨胀扩容膨胀扩容引入乙腈引

5、入乙腈180、1.1MPa下，EG与ACN（乙腈）按1:20的比例在高压釜中加热12 h。声波分散声波分散超声波分散仪分散60 min步骤步骤D离心分离离心分离以600 r/min的速度分离黑色悬浮液。分离得单层和双层的石墨层步骤D将ACD引入EG夹层中，处理后的EG沉淀在溶液底步骤B黑色悬浮液步骤C步骤AEG层隙较原料明显增大溶剂热辅助剥离法优点溶剂热辅助剥离法优点1制备简单制备简单价格低廉价格低廉2单双层单双层石墨烯石墨烯产率高产率高3质量高质量高缺陷少缺陷少有效提高有效提高屈服强度屈服强度4机理如图：等离子体激发H2O2形成的OH,O,HO2等具有强氧化性的自由基，氧化石墨表面的Sp2

6、和Sp3 杂化的C，在石墨表面形成含氧官能团，诱发蚀刻石墨获得石墨烯等离子刻蚀法等离子刻蚀法1.0g 1.0g 石墨在自制容器中通过石墨在自制容器中通过H2O2H2O2等离子等离子体反应体反应2 2小时。其反应条件为：气压小时。其反应条件为：气压20Pa20Pa， 电源电源100W100W，电压，电压850V850V，电流，电流150mA150mA反应条件反应条件将碳纳米管溶解于PMMA中，成为悬浮液，并均匀的旋涂在圆盘上晾干后用KOH洗脱，放置于表面光滑的硅基底上等离子放电刻蚀，刻蚀完毕后碳纳米管被纵向剖开，成为单层石墨用有机溶剂洗去PMMA，即可得到石墨烯优点：绿色环保，优点：绿色环保，耗能少耗能少缺点：设备复杂，缺点：设备复杂，程序不易控制程序不易控制预预处处理理放电放电inging有机合成法有机合成法 优点优点 1.形貌大小和边缘结构可控 2. 纳米带窄，半导体性能好 缺点缺点 1. 石墨烯长度短2. 副反应多，产率较低Cai, J. Ruffieux, P. Fasel, R. Atomically precise bottom-up fabrication of graphene nanoribbons. Nature. (2010), 466, 470-3.生物医药生物医药