《诺贝尔物理奖》PPT课件 35页

2010诺贝尔物理学奖介绍2010NobelPrizeinPhysics组员：李艺群张渊1 思考：世界上最薄的材料是什么？世界上强度最高的材料是什么？世界上导电性能最好的材料是什么？2 英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃谢洛夫，于2004年首次制成石墨烯材料。这是目前世界上最薄的材料，仅有一个原子厚。因此，2010年诺贝尔物理学奖授予给了他们两人，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯发明者获得2010诺贝尔物理学奖3 石墨烯的名字由于这种材料是从石墨中制取的，而且包含烯类物质的基本特征—碳原子之间的双键，所以称为石墨烯。4 本文主要内容一获奖科学家简介二石墨烯材料的结构三石墨烯材料的性质四石墨烯材料的应用五石墨烯材料的展望5 安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·诺沃谢洛夫（右）一获奖科学家简介6 7 安德烈·海姆“70后”诺贝尔奖获得者诺沃谢洛夫由于成果要经得起时间考验，许多诺贝尔科学奖项都是在获得成果十几或几十年后才颁发。而石墨烯材料的制备成功距获得2010年诺贝尔物理学奖只有六年。8 海姆和诺沃谢洛夫使用的是一种被称为机械微应力技术的简单方法，第一次制备出了单层石墨烯。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。单层石墨烯微点扫描电镜图9 实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。10 人们戏称海姆和诺沃谢洛夫是用“铅笔”和“胶带”来获得诺贝尔物理学奖的。利用机械微应力制备单层石墨烯的视频.flv11 二石墨烯的结构纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。2010年诺贝尔物理学奖所指向的，是碳的另一张奇妙脸孔：石墨烯。金刚石结构石墨结构12 说道石墨烯就不得不先提到石墨。石墨是由二维碳原子层纵向叠加而成。由于原子层之间的耦合比起同一层中碳原子之间的化学键结合小得多，因此，石墨十分容易进行剥离。13 石墨烯（graphene）是单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构。其厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一。14 15 富勒烯（足球烯）碳纳米管结构碳纳米石墨石墨烯富勒烯16 石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中的各个碳原子之间的连接十分柔韧，当对其施加外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了该材料结构的稳定性。17 三石墨烯的基本性质石墨烯具有优异的力学、热学、电学性能。石墨烯的热导率：石墨烯的热导率约为5000wm/K，是室温下铜的热导率（401wm/K）的10倍多。石墨烯的密度：石墨烯的面密度为0.77mg/㎡。18 石墨烯的抗拉强度约为普通钢的100倍。19 石墨烯的电导率：石墨烯的导电性比铜更好，计算可得石墨烯的面电阻约为31Ω/sq。石墨烯最大的特性是其原子内电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。20 石墨烯的透光性和颜色：石墨烯的可见光透过率97.7%，且与波长无关。因此自由悬浮的石墨烯是高度透明且无色无味的。另一方面，它非常致密，即使是氦原子——最小的气体原子也无法穿透。21 石墨烯制作“皇帝的新衣”22 目前对石墨烯的性能应用研究主要集中在电学性能上，在高导热性和高强度等方面也有很诱人的前景。四石墨烯的应用23 在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30℃。24 微电子领域石墨烯在微电子领域具有巨大的应用潜力。研究人员将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。25 在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz后就很难在继续提高。使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到1THz（即1000GHz）。曙光星云天河一号26 石墨烯还可以用来制造超级电容器的导电板。27 石墨烯可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的。传感器光子传感器28 石墨烯还可用于制造透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。29 石墨烯的应用薄得像纸一样的概念手机可折叠的显示器石墨烯未来应用.flv30 甚至有人设想用石墨烯制造未来太空电梯缆线。31 五石墨烯材料的展望石墨烯产业最大的瓶颈在于还没有形成完整的产业链。目前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产。对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用。32 石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法机械方法化学方法微机械分离法取向附生法加热SiC氧化石墨还原法化学气相沉积法最重要的是石墨烯制备方法的改进，如何大量、低成本制备高质量的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点。33 从目前的技术发展来看，短期内最有可能实现工业化使用石墨烯的行业是复合材料领域和显示技术领域。有科学家预言：2025年以后电子行业可能从“硅”时代跨越到“石墨烯”时代。34 谢谢大家！35