石墨烯的發(fā)展和應(yīng)用.doc

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1、石墨烯的發(fā)展和應(yīng)用對于中學生來說，石墨烯是一個陌生的名詞，有的人甚至都名聽說過。所以，首先讓我們來了解一下什么是石墨烯。石墨烯(Graphene)是一種由碳原了構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原了以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原了厚度的二維材料。石墨烯目前是世上戰(zhàn)薄卻也是最堅碩的納米材料，它兒乎是完全透明的，只吸收2.3%的光氣導熱系數(shù)高達5300W/m?K,高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000cm&s叩2;/V?s,又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6Q?cm,比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。

2、因為它的電阻率極低，電了遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導電速度更快的新一代電了元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。而蘇聯(lián)力學泰斗朗道曾經(jīng)提出，在有限溫度下，任何二維的晶格體系都是不穩(wěn)定的。雖然科學家們早已預言這種純粹的二維晶體無法穩(wěn)定存在,制備單層石墨的試驗也一直難以破解，但一些物理學家卻從未放棄過。直至瑞典當?shù)貢r間10月5LI,2010年諾貝爾物理學獎揭曉，英國曼徹斯特大學科學家安徳烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫因在制備二維空間材料石墨烯方面的突破性實驗獲得殊榮。發(fā)展簡史。第一：石墨

3、烯是迄今為上枇界上強度最大的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當于普通食品衆(zhòng)料包裝袋厚度的薄膜(厚度約100納米)，那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二石墨烯是世界上導電性最好的材料。石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導電性，使它在微電了領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元索更高的電了遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰

4、離子電池方面，由于其高傳導性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑石墨烯出現(xiàn)在實驗室屮是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安徳烈?杰姆和克斯特亞?諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨屮剝離出石墨片，然后將薄片的兩血粘在--種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。應(yīng)用前景。納電了器件方面：利用石墨烯加入電池電極材料屮可以大大提高充電效率，并且提高電池容量。白我裝配的多層石墨烯片不僅是鋰空氣電池的理想設(shè)計，也可以應(yīng)用于許多其

5、他潛在的能源存儲領(lǐng)域如超級電容器、電磁炮等。此外，新型石墨烯材料將不依賴于鉗或其他貴金屬，可有效降低成本和對環(huán)境的影響。代替硅生產(chǎn)超級計算機:科學家發(fā)現(xiàn),石墨烯還是目前已知導電性能最出色的材料。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路。高頻電路是現(xiàn)代電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電了設(shè)備，例如手機，由于丁稈師們正在設(shè)法將越來越多的信息填充在信號屮，它們被要求使用越來越高的頻率，然而手機的丁■作頻率越高，熱量也越高，于是，高頻的提升便受到很大的限制。市于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無限廣闊了。這使它在微電了領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員茯至將石墨烯看作是硅的替代品，能

6、用來生產(chǎn)未來的超級計算機。隧穿勢壘材料：量子隧穿效應(yīng)是一種衰減波耦合效應(yīng),其量子行為遵守薛定愣?波動方程，應(yīng)用于電了冷發(fā)射、量了計算、半導體物理學、超導體物理學等領(lǐng)域。傳統(tǒng)勢壘材料采用氧化鋁、氧化鎂等材料，由于其厚度不均、容易出現(xiàn)孔隙和電荷陷阱，通常具有校高的能耗和發(fā)熱量，影響到了器件的性能和穩(wěn)定性，甚至引起災(zāi)難性失敗?；谑┰趯щ?、導熱和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，美國海軍研究試驗室（NRL）將其作為量了隧穿勢壘材料的首選。未來得石墨烯勢壘將侑可能在隧穿晶體管、非揮發(fā)性磁性記憶體和可編程邏輯電路屮率先得以應(yīng)用?；螂娏藴y序：由于導電的石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的

7、距離以及DNA四種堿基Z間存在電了指紋，因此，石墨烯有望實現(xiàn)直接的，快速的，低成木的基因電子測序技術(shù)。減少噪音：美國LBM宣布，通過重疊2層相當于石墨單原子層的“石墨烯（Graphene）"，試制成功了新型晶體管，同時發(fā)現(xiàn)可大幅降低納米元件特有的1/f。石墨烯，試制成功了相同的晶體管，不過與預計的相反，發(fā)現(xiàn)能夠大幅控制噪音。通過在二層石墨烯之間生成的強電了結(jié)合，從而控制噪音。噪聲。潛在作用。石墨烯行抗菌物質(zhì)：石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像白動除去