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  • 石墨烯(1).jpg

Graphene(石墨烯)



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理想的石墨烯結(jié)構(gòu)可以看作被剝離的單原子層石墨,基本結(jié)構(gòu)為類六元環(huán)苯單元并無限擴(kuò)展的二維晶體材 料,這是目前世界上最薄的材料——單原子厚度的材料。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象,使石墨烯 表現(xiàn)出許多優(yōu)異。

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       理想的石墨烯結(jié)構(gòu)可以看作被剝離的單原子層石墨,基本結(jié)構(gòu)為類六元環(huán)苯單元并無限擴(kuò)展的二維晶體材料,這是目前世界上最薄的材料——單原子厚度的材料。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象,使石墨烯表現(xiàn)出許多優(yōu)異。

 

特性

 

獨(dú)特性質(zhì)

分類 性能 性能描述 應(yīng)用領(lǐng)域
“最”性能 最軟 莫氏硬度只有 1~2 級(jí) 柔性電子器件
最薄 厚度為 0.335nm,頭發(fā)的20 萬分之一 納米電子器件
最高強(qiáng)度 拉伸強(qiáng)度130MPa,楊氏模量1TPa 復(fù)合材料
最快電子傳輸 載流子遷移率 15000cm2/V·s(為硅材料10 倍) 傳感,顯示,儲(chǔ)能
最快傳熱 導(dǎo)熱系數(shù)5000W/(m·K) 導(dǎo)熱,散熱材料
“特”性能 透光性 單層幾乎完全透明,吸光率隨層數(shù)線性增加 光電器件
平面晶體 優(yōu)異的晶體結(jié)構(gòu)性能 -
超大比表面積 比表面積 2630m2/g 傳感,顯示,儲(chǔ)能
室溫鐵磁效應(yīng) - 微電子,存儲(chǔ)芯片

 

制備方法

1.1Thermal CVD 法簡(jiǎn)述      

        化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備石墨烯一般選擇 CH4,Ar,H2 等氣體作為前驅(qū)體,以過渡金屬晶體作為基底。將金屬基底放入封閉的容器中(如石英管),高溫催化裂解氣體生成的碳原子沉積在過渡金屬表面形成 石墨烯薄膜,這種方法可制備出大面積石墨烯薄膜,但其所需的溫度高,生長(zhǎng)的石墨烯尺寸受基底限制, 而且需要移除基底,成本高。在制備過程中,利用等離子的輔助,所生長(zhǎng)的石墨烯會(huì)具有更好結(jié)晶性,更少的缺陷,且層數(shù)較少(5 層左右),因而質(zhì)量更高。    

 

1.2 CVD法是最具潛力進(jìn)行大規(guī)模,高質(zhì)量,大尺寸石墨烯膜制備手段。

       常見化學(xué)氣相沉積法原理主要有兩種:

       滲碳析碳機(jī)制: 對(duì)于 Ni 等具有較高溶 C 量的金屬基體,碳源裂解產(chǎn)生的碳原子在高溫時(shí)滲入,溫度降低時(shí),從基 體中析出成核,長(zhǎng)大成石墨烯

       表面生長(zhǎng)機(jī)制: 對(duì)于銅等具有較低的溶C 量的金屬基體,高溫下,氣態(tài)碳源裂解生成碳原子吸附于表面,生長(zhǎng)成石 墨烯島,再二維長(zhǎng)大合并得到石墨烯。

 

CVD設(shè)備及開發(fā)現(xiàn)狀

 

應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展目標(biāo)

觸摸屏、折疊屏幕、可折疊OLED、光電探測(cè)器、生物傳感器、調(diào)制器、半導(dǎo)體、自旋 troic 傳感器、自旋光學(xué)混合動(dòng)力、波浪發(fā)生器、邏輯晶體管、射頻-晶體管、波探測(cè)器;
熱擴(kuò)散板、靈活顯示、汽車加熱器、阻隔膜、生物傳感器;

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