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石墨烯与诺贝尔物理学奖物理与电子科学学院 石墨烯与诺贝尔物理学奖1.2010年诺贝尔物理学奖获奖科学家简介2.神奇的石墨烯3.诺贝尔奖的启示 石墨烯与诺贝尔物理学奖2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆康斯坦丁·诺沃肖洛夫获奖原因：对石墨烯这一世界上最薄材料的开创性研究 石墨烯与诺贝尔物理学奖1.获奖者安德烈·海姆 石墨烯与诺贝尔物理学奖安德烈·海姆（AndreGeim）英国曼彻斯特大学科学家。父母为德国人，1958年10月出生于俄罗斯西南部城市索契，拥有荷兰国籍。1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位，毕业在校工作三年后在英国和丹麦继续他的研究工作。现受聘于英国曼彻斯特大学，1994年在荷兰奈梅亨大学担任副教授，也是荷兰代尔夫特大学的名誉教授。他于2001年加入曼彻斯特大学任物理教授。在他的职业生涯中，海姆发表了超过150篇的顶尖文章，其中很多都发表在自然和科学杂志上。 石墨烯与诺贝尔物理学奖值得一提的是在发现石墨烯之前，早在2000年他还获得“搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。 石墨烯与诺贝尔物理学奖获奖感言：我个人从来没有期望能获得这个奖项。我做完睡得很香，因为我根本没有期望能拿奖。当有些人拿到诺贝尔奖后开始停止做科研，甚至停止做很多他该去做的事，并且其他方面的事物会缠绕着他很多年，这样他更不能专心工作。但对于我来说，我会像往常一样继续我的研究，认真工作，享受研究。” 石墨烯与诺贝尔物理学奖康斯坦丁·诺沃肖洛夫 石墨烯与诺贝尔物理学奖康斯坦丁·诺沃肖洛夫KonstantinNovoselov，英国曼彻斯特大学科学家。1974年出生于俄罗斯的下塔吉尔，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年诺沃肖洛夫在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。 石墨烯与诺贝尔物理学奖他们曾是师生，现在是同事，他们都出生于俄罗斯，都曾在那里学习，也曾一同在荷兰学习和研究，最后他们又一起在英国制备出了石墨烯。 石墨烯与诺贝尔物理学奖2.石墨烯简介：（1）石墨烯是单原子层的石墨 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨是碳单质的同素异形体之一地球上的生命都是以碳元素为基础的碳元素是神奇的六号元素，其单质的众多同素异形体，从最硬到极软、全吸光到全透光、绝缘体到半导体到导体、绝热到良导热、高临界温度的超导体等。 石墨烯与诺贝尔物理学奖近20年来,碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域富勒烯1985年发现1996年诺贝尔化学奖碳纳米管1991发现石墨烯2004年发现 石墨烯与诺贝尔物理学奖 石墨烯与诺贝尔物理学奖*钻石是已知最硬的矿石；石墨却是最软的矿石之一。*钻石是终极的研磨剂；石墨却是非常好的润滑剂。*钻石是一流的绝缘体；石墨却是良导体。*钻石通常是透明的；石墨却是不透光的。*钻石的结晶是立方晶系；石墨却是六方晶系。*钻石的价值昴贵；石墨却是相当廉价。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨的特性：（1）耐高温性石墨的熔点为3850℃±50℃，沸点4250℃，即使经过超高电弧灼烧，重量损失也很少，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而增强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨的特性：（2）导电导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍，导热性超过钢、铁、铅等金属材料，导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。（银1.6×10-8铜1.7×10-8铁1.0×10-7石墨(8～13)×10-6,Ω*m) 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨的特性：（3）化学稳定性:石墨在常温下具有良好的化学稳定性，能耐酸碱、耐有机溶剂的腐蚀。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨的特性：（3）润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。石墨为层状耐磨矿物，其Bond粉碎功指数高达45.03kw/t，相较于粘土的7.1kw/t、黄铁矿的8.9kw/t，以及石英的12.77kw/t高出许多. 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨的特性：（4）抗热震性:石墨在高温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨烯的特性：（1）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。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。 石墨烯与诺贝尔物理学奖（2）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。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electricchargecarrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。 石墨烯与诺贝尔物理学奖（3）石墨烯中电子的隧道效应：电子波能百分百地发生隧穿事先在一片石墨烯晶体上人为施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。一般认为，增加了额外的势垒，电阻也会随之增加，但事实并非如此，因为所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。这也解释了石墨烯的超强导电性：相对论性的载荷子可以在其中完全自由地穿行。 石墨烯与诺贝尔物理学奖（4）石墨烯有相当的不透光率：研究也发现，尽管只有单层原子厚度，但石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。 石墨烯与诺贝尔物理学奖（5）石墨烯是有史以来被证实的最结实的材料,其强度可达130GPa，是钢的100多倍，其断裂强度达到了惊人的42NM-1；科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍！ 石墨烯与诺贝尔物理学奖（5）石墨烯是有史以来被证实的最结实的材料如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。制造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里并且足够强韧的缆线，美国科学家证实，地球上强度最高的物质“石墨烯”完全适合用来制造太空电梯缆线！ 石墨烯与诺贝尔物理学奖（6）其他物理性质目前试验还证实了石墨烯中的电子和空穴成对现象(Electron-HoleSymmetry)，半整数量子霍尔效应(Half-integerQuantumHallEffect)，室温量子霍尔效应(Room-TemperatureQuantumHallEffect)等多种独特的电子结构和性质。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨烯的应用：（1）用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料（2）制造超坚韧的防弹衣和“太空电梯”用的超韧缆线（3）用来强化材料研究表明石墨烯增强聚乙烯醇（PVA）复合材料只需要添加0.7%（重量比）的石墨烯就可以使复合材料的拉伸强度提高76％同时其杨氏模量增加62％； 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨烯的应用：（1）用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料（2）制造超坚韧的防弹衣和“太空电梯”用的超韧缆线（3）用来强化材料研究表明石墨烯增强聚乙烯醇（PVA）复合材料只需要添加0.7%（重量比）的石墨烯就可以使复合材料的拉伸强度提高76％同时其杨氏模量增加62％； 石墨烯与诺贝尔物理学奖（4）石墨烯晶体管硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽。受物理原理的制约，小于10纳米后不太可能生产出性能稳定、集成度更高的产品。除了已开发出了10纳米级可实际运行的石墨烯晶体管外，已研制出长宽均为1个分子的更小的石墨烯晶体管。该石墨烯晶体管实际上是由单原子组成的晶体管。 石墨烯与诺贝尔物理学奖石墨烯的制备一种是SiC的高温热解外延法或过渡族金属催化外延法另一种是轻微摩擦法或撕胶带法第三种是化学修饰分散/还原法. 石墨烯与诺贝尔物理学奖 石墨烯与诺贝尔物理学奖 石墨烯与诺贝尔物理学奖氧化石墨烯的改性 石墨烯与诺贝尔物理学奖氧化石墨烯的透明性 石墨烯与诺贝尔物理学奖看了以上的介绍，如果你对石墨烯产生了兴趣的话，不妨也可以尝试着DIY一下。其实很简单，只要你一点石墨、有一卷胶带和一台显微镜就可以了，当然还要加上足够的耐心。好了，现在你就可以像Geim教授一样开始在科学世界中的探索了。 石墨烯与诺贝尔物理学奖启示创新性的基础就在我们身边，需要的是努力去探索和发现科学研究要能够坐得住冷板凳，肯付出努力，还要积极思索要能够经受失败和挫折从最基础做起 石墨烯与诺贝尔物理学奖谢谢！