石墨烯的應(yīng)用課講

1、2-D graphene1、石墨烯的簡介石墨烯的簡介2、石墨烯的石墨烯的特性特性3、石墨烯的石墨烯的制備方法制備方法4、石墨烯的表征石墨烯的表征5 、石墨烯的石墨烯的應(yīng)用前景應(yīng)用前景報告目錄報告目錄1、簡介 2010年年10月月5日，瑞典皇家科學(xué)院，將日，瑞典皇家科學(xué)院，將2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予英年諾貝爾物理學(xué)獎授予英國曼徹斯特大學(xué)國曼徹斯特大學(xué)的兩位的兩位科學(xué)家科學(xué)家,以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。1、簡介 2004年，兩位科學(xué)家通過使用膠帶反復(fù)剝離石墨的方法在絕緣基底上獲得了年，兩位科學(xué)家通過使用膠帶反復(fù)剝離石墨的方法在絕緣基底上獲得了單層

2、或少層的石墨烯并研究其電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其具有特殊的電子特性以及優(yōu)異的單層或少層的石墨烯并研究其電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其具有特殊的電子特性以及優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，從而掀起了石墨烯應(yīng)用研究的熱潮。電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，從而掀起了石墨烯應(yīng)用研究的熱潮。1、簡介 石墨烯是一種由碳原子以石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化連接形成的單原子層二維晶體，其雜化連接形成的單原子層二維晶體，其厚度為厚度為0.335nm，碳原子規(guī)整的排列于蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)單元之中。電子顯，碳原子規(guī)整的排列于蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)單元之中。電子顯微鏡下觀測的石墨烯片，其碳原子間距僅微鏡下觀測的石墨烯片，其碳原子間距僅0.142nm?！?/p>

3、二維結(jié)構(gòu)二維結(jié)構(gòu)”從想象到現(xiàn)實從想象到現(xiàn)實1、簡介 石墨烯可看作是其他維數(shù)碳質(zhì)材料的基本構(gòu)建模塊，它可以被包成石墨烯可看作是其他維數(shù)碳質(zhì)材料的基本構(gòu)建模塊，它可以被包成0D的富勒烯，卷成的富勒烯，卷成1D的碳納米管或堆疊成的碳納米管或堆疊成3D的石墨。的石墨。2、特性“最強(qiáng)性能最強(qiáng)性能”有許多有許多最薄最輕載流子遷移率最高電阻率最低強(qiáng)度最大最堅硬導(dǎo)熱率最高厚0.335nm，比表面積為2630m2/g室溫下為20萬cm2/Vs（硅的100倍）約為10-6cm（比銅和銀更低）破壞強(qiáng)度：42N/m（結(jié)構(gòu)鋼的200倍）30005000W/mK（硅的50倍）2、特性 單層石墨烯的價帶與導(dǎo)帶相交于布里淵單

4、層石墨烯的價帶與導(dǎo)帶相交于布里淵區(qū)的六個頂點，這些頂點就是狄拉克點。由區(qū)的六個頂點，這些頂點就是狄拉克點。由此，我們發(fā)現(xiàn)石墨烯是一種特殊能帶結(jié)構(gòu)的此，我們發(fā)現(xiàn)石墨烯是一種特殊能帶結(jié)構(gòu)的零帶隙半導(dǎo)體材料。零帶隙半導(dǎo)體材料。低電阻率低電阻率高遷移率高遷移率高遷移速度高遷移速度半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)2.1 電學(xué)特性電學(xué)特性石墨烯三維能帶結(jié)構(gòu)圖石墨烯三維能帶結(jié)構(gòu)圖2.2 力學(xué)特性力學(xué)特性 2008年，美國哥倫比亞大學(xué)兩名華裔科年，美國哥倫比亞大學(xué)兩名華裔科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，GR是至今測量過的強(qiáng)度最大是至今測量過的強(qiáng)度最大的材料，比結(jié)構(gòu)剛的強(qiáng)度要高的材料，比結(jié)構(gòu)剛的強(qiáng)度要高200

5、倍。倍。 2013年，該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)即使是存在缺年，該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)即使是存在缺陷的陷的GR仍然是目前已知的強(qiáng)度最高的材料。仍然是目前已知的強(qiáng)度最高的材料。完全由縫合晶界組成的石墨烯薄膜能保持超完全由縫合晶界組成的石墨烯薄膜能保持超高強(qiáng)度，這是高強(qiáng)度，這是GR在柔性電子和加強(qiáng)件等領(lǐng)域在柔性電子和加強(qiáng)件等領(lǐng)域大量應(yīng)用的關(guān)鍵。大量應(yīng)用的關(guān)鍵。2、特性2.3 熱學(xué)特性熱學(xué)特性(1)石墨烯的導(dǎo)熱率高達(dá)石墨烯的導(dǎo)熱率高達(dá)5300Wm-1K-1，是銅的，是銅的2倍和硅的倍和硅的50倍；倍；(2)單層石墨烯的導(dǎo)熱率與片層寬帶、缺陷密度和邊緣粗糙度密切相關(guān)；單層石墨烯的導(dǎo)熱率與片層寬帶、缺陷密度和邊緣粗糙度密切

6、相關(guān)；(3) 石墨稀片層沿平面方向?qū)峋哂懈飨虍愋缘奶攸c；石墨稀片層沿平面方向?qū)峋哂懈飨虍愋缘奶攸c；(4) 在室溫以上，導(dǎo)熱率隨著溫度的增加而逐漸減小。在室溫以上，導(dǎo)熱率隨著溫度的增加而逐漸減小。2、特性2.4 光學(xué)特性光學(xué)特性 2008年，奈爾年，奈爾(Nair)等人發(fā)等人發(fā)現(xiàn)石墨烯在近紅外和可見光波現(xiàn)石墨烯在近紅外和可見光波段具有極佳的光透射性。他們段具有極佳的光透射性。他們將懸浮的石墨烯薄膜覆蓋在幾將懸浮的石墨烯薄膜覆蓋在幾十個十個m量級的孔洞上，發(fā)現(xiàn)單量級的孔洞上，發(fā)現(xiàn)單層石墨烯的透光率可達(dá)層石墨烯的透光率可達(dá)97.7%，而且透光率隨著層數(shù)的增加呈而且透光率隨著層數(shù)的增加呈線性減少的

7、趨勢。線性減少的趨勢。 不同層數(shù)石墨烯的透射光譜不同層數(shù)石墨烯的透射光譜2、特性3、制備方法機(jī)械剝離法化學(xué)氣相沉積法SiC熱分解法氧化石墨烯還原法石墨烯制備方法3、制備方法3.1 機(jī)械剝離法機(jī)械剝離法 機(jī)械剝離法，是一種反復(fù)在石墨上粘貼并揭下粘合膠帶來制備石墨烯的方法，機(jī)械剝離法，是一種反復(fù)在石墨上粘貼并揭下粘合膠帶來制備石墨烯的方法，缺點是很難控制所獲得的石墨烯片的大小及層數(shù)。而且只能勉強(qiáng)獲得數(shù)缺點是很難控制所獲得的石墨烯片的大小及層數(shù)。而且只能勉強(qiáng)獲得數(shù)mm見方的見方的石墨烯片。其優(yōu)點是，可以獲得采用其他方法時無法實現(xiàn)的極高品質(zhì)石墨烯片。還石墨烯片。其優(yōu)點是，可以獲得采用其他方法時無法實現(xiàn)

8、的極高品質(zhì)石墨烯片。還有人指出，有人指出，“正是因為機(jī)械剝離法的出現(xiàn)才使石墨烯的分離研究在短時間內(nèi)取得了正是因為機(jī)械剝離法的出現(xiàn)才使石墨烯的分離研究在短時間內(nèi)取得了進(jìn)展進(jìn)展”。3、制備方法3.2 化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法 另外，制造大面積石墨烯膜也已成為可能。采用的方法是化學(xué)氣相沉積法。這另外，制造大面積石墨烯膜也已成為可能。采用的方法是化學(xué)氣相沉積法。這是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至1000左右使其分解，然后在左右使其分解，然后在Ni及及Cu等金屬等金屬箔上形成石墨烯膜的技術(shù)。箔上形成石墨烯膜的技術(shù)。2010 年年6 月韓國成均館大學(xué)與三星電子等宣布，開

9、發(fā)出月韓國成均館大學(xué)與三星電子等宣布，開發(fā)出了可制備了可制備30 英寸單層石墨烯膜的制造工藝以及采用這種石墨烯膜的觸摸面板，這英寸單層石墨烯膜的制造工藝以及采用這種石墨烯膜的觸摸面板，這一消息讓石墨烯研究人員及技術(shù)人員感到十分吃驚。不過，在一消息讓石墨烯研究人員及技術(shù)人員感到十分吃驚。不過，在1000高溫下采用的高溫下采用的工藝只能以分批處理的方式推進(jìn)，這是該制造工藝的瓶頸。而且這種工藝還存在反工藝只能以分批處理的方式推進(jìn)，這是該制造工藝的瓶頸。而且這種工藝還存在反復(fù)轉(zhuǎn)印的過程中容易混入缺陷及雜質(zhì)的問題。復(fù)轉(zhuǎn)印的過程中容易混入缺陷及雜質(zhì)的問題。3、制備方法3.3 SiC熱分解法熱分解法 SiC

10、 基板的熱分解法是，將基板的熱分解法是，將SiC 基板加熱至基板加熱至1300左右后除去表面的左右后除去表面的Si，剩余，剩余的的C自發(fā)性重新組合形成石墨烯片的工藝。自發(fā)性重新組合形成石墨烯片的工藝。IBM 公司公司2010 年年1 月將原來的機(jī)械剝離月將原來的機(jī)械剝離法改為這種方法制作了石墨烯場效應(yīng)管。其優(yōu)點是法改為這種方法制作了石墨烯場效應(yīng)管。其優(yōu)點是“不會受原來不會受原來SiC基板上存在的基板上存在的若干凹凸的影響，可像從上面鋪設(shè)地毯一樣形成石墨烯片若干凹凸的影響，可像從上面鋪設(shè)地毯一樣形成石墨烯片” 。而其存在的課題。而其存在的課題是，需要非常高的處理溫度，石墨烯片的尺寸不易達(dá)到數(shù)是，

11、需要非常高的處理溫度，石墨烯片的尺寸不易達(dá)到數(shù)m 見方以上，而且很難見方以上，而且很難轉(zhuǎn)印至其他基板，只能使用昂貴的轉(zhuǎn)印至其他基板，只能使用昂貴的SiC 基板?；?。3、制備方法3.4 氧化石墨烯還原法氧化石墨烯還原法 第第4 種制作工藝是三菱氣體化學(xué)種制作工藝是三菱氣體化學(xué)2000 年開發(fā)的氧化石墨烯法。這種方法首先使年開發(fā)的氧化石墨烯法。這種方法首先使石墨粉氧化，然后放入溶液內(nèi)溶化，在基板上涂上薄薄的一層后再使其還原。目石墨粉氧化，然后放入溶液內(nèi)溶化，在基板上涂上薄薄的一層后再使其還原。目前，這種方法用于制作大面積透明導(dǎo)電膜以及采用涂布工藝制作的前，這種方法用于制作大面積透明導(dǎo)電膜以及采用

12、涂布工藝制作的薄膜晶體管薄膜晶體管。盡。盡管該工藝的溫度較低而且方法簡單，但由于采用折疊多個數(shù)十管該工藝的溫度較低而且方法簡單，但由于采用折疊多個數(shù)十nm 見方斷片的構(gòu)見方斷片的構(gòu)造，而且不能完全還原，因此存在的課題是很難確保充分的導(dǎo)電性及透明性。造，而且不能完全還原，因此存在的課題是很難確保充分的導(dǎo)電性及透明性。R a m an結(jié)果示結(jié)果示,1 580 cm - 1附近出現(xiàn)的附近出現(xiàn)的 G 峰來源于一階峰來源于一階 E 2g聲子平面聲子平面振動振動, 反映材料的對稱性和有序度反映材料的對稱性和有序度 ，2 670 cm - 1附近的附近的 2D 峰是雙聲子共峰是雙聲子共振拉曼峰振拉曼峰, 其

13、強(qiáng)度反映石墨烯的堆疊程度其強(qiáng)度反映石墨烯的堆疊程度 ，石墨烯層數(shù)越多，石墨烯層數(shù)越多, 碳原子的碳原子的 sp2振動越強(qiáng)振動越強(qiáng), G 峰越高峰越高, 4 、石墨烯的表征4 .1拉曼光譜（拉曼光譜（ Raman ）GR的掃描電鏡圖像，可以看到的掃描電鏡圖像，可以看到GR是是二二維網(wǎng)絡(luò)。維網(wǎng)絡(luò)。GR的薄片幾乎是完的薄片幾乎是完全透明的，并被揉成一條卷曲的，波浪狀的形狀。該片的邊緣部分全透明的，并被揉成一條卷曲的，波浪狀的形狀。該片的邊緣部分折疊，以便總降低表面能折疊，以便總降低表面能4 .2掃描電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡（ SEM ）4 、石墨烯的表征4 .3透射電子顯微鏡（透射電子顯微鏡（ T

14、EM ）4 、石墨烯的表征TEM 分析所獲得石墨烯樣品的形貌。整體上石墨烯形貌是卷曲的分析所獲得石墨烯樣品的形貌。整體上石墨烯形貌是卷曲的片狀，片狀， 出現(xiàn)的大量褶皺起伏的片層結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)的大量褶皺起伏的片層結(jié)構(gòu)， 是為了減少體系的自由是為了減少體系的自由能。在能。在TEM下，可清晰看到石墨烯呈輕紗狀半透明片狀結(jié)構(gòu)分布，下，可清晰看到石墨烯呈輕紗狀半透明片狀結(jié)構(gòu)分布，從圖中可大致估計石墨烯的層數(shù)和大小。從圖中可大致估計石墨烯的層數(shù)和大小。 TEM為石墨烯的一個簡為石墨烯的一個簡單快速的表征單快速的表征4 、石墨烯的表征XRD可用來表征石墨烯的合成過程，對每一步反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控。從圖可以看可用來表征石

15、墨烯的合成過程，對每一步反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控。從圖可以看到，石墨的（到，石墨的（002）衍射峰在）衍射峰在2 =26.7度，對應(yīng)度，對應(yīng)d=334pm；而在經(jīng)過氧化；而在經(jīng)過氧化后，（后，（002）衍射峰消失不見，同時（）衍射峰消失不見，同時（002）衍射峰變強(qiáng)，對應(yīng)）衍射峰變強(qiáng)，對應(yīng)2 =11.7度度，d=758pm，層間距變大應(yīng)該是石墨層上引入含氧官能團(tuán)的緣故，層間距變大應(yīng)該是石墨層上引入含氧官能團(tuán)的緣故4 .4X射線衍射（射線衍射（ XRD ）4 、石墨烯的表征原子力顯微鏡是石墨原子力顯微鏡是石墨 烯片層結(jié)構(gòu)最有力、最直接有效的工具。它可烯片層結(jié)構(gòu)最有力、最直接有效的工具。它可以清晰地反應(yīng)出石墨

16、烯的大小、厚度等信息。以清晰地反應(yīng)出石墨烯的大小、厚度等信息。4 .5原子力顯微鏡（原子力顯微鏡（AFM）4 、石墨烯的表征熱重?zé)嶂厥静顠呙枋静顠呙?: 用于分析溫度變化過程中的物理化學(xué)變化，如晶型轉(zhuǎn)用于分析溫度變化過程中的物理化學(xué)變化，如晶型轉(zhuǎn)變、物質(zhì)含量、相態(tài)變化、分解和氧化還原等，研究樣品的熱失重行為和變、物質(zhì)含量、相態(tài)變化、分解和氧化還原等，研究樣品的熱失重行為和熱量變化。熱量變化。低溫氮吸附測試低溫氮吸附測試 : 測定石墨烯的孔結(jié)構(gòu)和比表面積，計算比表面積、孔測定石墨烯的孔結(jié)構(gòu)和比表面積，計算比表面積、孔徑大小、孔分布、孔體積等物理參數(shù)。徑大小、孔分布、孔體積等物理參數(shù)。傅里葉變換紅

17、外光譜分析（傅里葉變換紅外光譜分析（FT-IRFT-IR）: 用來識別化合物和結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)，用來識別化合物和結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)，在石墨烯制備中主要用于氧化石墨烯的基面和邊緣位的官能團(tuán)的識別。在石墨烯制備中主要用于氧化石墨烯的基面和邊緣位的官能團(tuán)的識別。4.6其它方法其它方法4 、石墨烯的表征5、應(yīng)用前景 許多研究機(jī)構(gòu)及廠商已開始以具備多項穿透特性的單層石墨烯為研究許多研究機(jī)構(gòu)及廠商已開始以具備多項穿透特性的單層石墨烯為研究對象，研發(fā)新一代器件的實用化，其應(yīng)用領(lǐng)域從原子尺寸擴(kuò)大到宇宙。對象，研發(fā)新一代器件的實用化，其應(yīng)用領(lǐng)域從原子尺寸擴(kuò)大到宇宙。5.1 晶體管晶體管 （1）我們可以利用石墨烯的高載流子

18、遷移率及高遷移速度制作）我們可以利用石墨烯的高載流子遷移率及高遷移速度制作THz頻頻率的高速動作型射頻電路用晶體管，理論上估計其工作頻率可達(dá)到率的高速動作型射頻電路用晶體管，理論上估計其工作頻率可達(dá)到10THz。 （2）我們正在尋找打開石墨烯帶隙的方法，從而可以用石墨烯制作邏）我們正在尋找打開石墨烯帶隙的方法，從而可以用石墨烯制作邏輯電路。輯電路。5、應(yīng)用前景 高速晶體管高速晶體管 世界上許多公司及大學(xué)都致力于石墨烯高速晶體管的開發(fā)，其原因之一在于世界上許多公司及大學(xué)都致力于石墨烯高速晶體管的開發(fā)，其原因之一在于如果開發(fā)出以如果開發(fā)出以THz頻率工作的晶體管，就可以實現(xiàn)電和光的控制技術(shù)無縫連接

19、。頻率工作的晶體管，就可以實現(xiàn)電和光的控制技術(shù)無縫連接。時間時間單單位位柵長柵長截止截止頻頻率率2008年年12月月IBM150nm26GHz2010年年09月月UCLA144nm300GHz2010年年12月月SAIT180nm202GHz2010年年12月月IBM240nm230GHz5.1 晶體管晶體管 5、應(yīng)用前景5.2 觸摸面板觸摸面板 現(xiàn)有手機(jī)觸摸屏的工作層中不可缺少的材料為陶瓷材料氧化銦錫（現(xiàn)有手機(jī)觸摸屏的工作層中不可缺少的材料為陶瓷材料氧化銦錫（ITO） 。由于其透明性與導(dǎo)電性的優(yōu)秀結(jié)合，由于其透明性與導(dǎo)電性的優(yōu)秀結(jié)合，ITO被廣泛地應(yīng)用于電子器件。然而被廣泛地應(yīng)用于電子器件。

20、然而ITO在在使用過程中也存在一些缺點，包括：使用過程中也存在一些缺點，包括：（1）銦的價格持續(xù)上漲，使得）銦的價格持續(xù)上漲，使得ITO成為日益昂貴的材料；成為日益昂貴的材料；（2）ITO易脆的性質(zhì)使其不能滿足一些新應(yīng)用（例如可彎曲的易脆的性質(zhì)使其不能滿足一些新應(yīng)用（例如可彎曲的LCD、有機(jī)太陽、有機(jī)太陽能電池）的性能要求；能電池）的性能要求；（3）ITO的制備方法（例如噴鍍、蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電鍍）費(fèi)用高昂。的制備方法（例如噴鍍、蒸發(fā)、脈沖激光沉積、電鍍）費(fèi)用高昂。 雖然石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的研究還在初期階段，但是石墨烯在許多方面比雖然石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的研究還在初期階段，但是石墨烯在許多方

21、面比ITO 具有更多潛在的優(yōu)勢，例如質(zhì)量、堅固性、柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性、紅外透光具有更多潛在的優(yōu)勢，例如質(zhì)量、堅固性、柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性、紅外透光性和價格等。因此采用石墨烯制備透明導(dǎo)電薄膜是很有前景的一項工作。性和價格等。因此采用石墨烯制備透明導(dǎo)電薄膜是很有前景的一項工作。5、應(yīng)用前景 2013年年1月月24日，中科院重慶研究院正式公開宣布，該院已經(jīng)在銅箔襯底上生日，中科院重慶研究院正式公開宣布，該院已經(jīng)在銅箔襯底上生長出長出15英寸的均勻單層石墨烯英寸的均勻單層石墨烯,并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性PET襯底上和其他基底襯底上和其他基底表面表面,并且通過進(jìn)一步應(yīng)用并且通過

22、進(jìn)一步應(yīng)用,還制備出了還制備出了7英寸的石墨烯觸摸屏。英寸的石墨烯觸摸屏。 該院研究中心副主任史浩飛表示，石墨烯的應(yīng)用將給我們的手機(jī)、平板電腦帶該院研究中心副主任史浩飛表示，石墨烯的應(yīng)用將給我們的手機(jī)、平板電腦帶來很大的變化，如果手機(jī)、平板電腦上的其他部件和材料也得到相應(yīng)改進(jìn)來很大的變化，如果手機(jī)、平板電腦上的其他部件和材料也得到相應(yīng)改進(jìn),也許未來也許未來510年年,手機(jī)、電腦的顯示屏就可以真正實現(xiàn)可折疊。手機(jī)、電腦的顯示屏就可以真正實現(xiàn)可折疊。 5.2 觸摸面板觸摸面板5、應(yīng)用前景 智能手機(jī)所采用的智能手機(jī)所采用的CPU速度不斷增大，內(nèi)存容量擴(kuò)大，操作系統(tǒng)性能提高，超薄的速度不斷增大，內(nèi)存容

23、量擴(kuò)大，操作系統(tǒng)性能提高，超薄的機(jī)身，對散熱的要求逐漸增大。為了能夠讓手機(jī)熱量更快散出去，不少手機(jī)廠商都會給機(jī)身，對散熱的要求逐漸增大。為了能夠讓手機(jī)熱量更快散出去，不少手機(jī)廠商都會給手機(jī)貼上石墨散熱片。目前國內(nèi)市場上銷售的智能手機(jī)越來越多的采用石墨片作為導(dǎo)熱手機(jī)貼上石墨散熱片。目前國內(nèi)市場上銷售的智能手機(jī)越來越多的采用石墨片作為導(dǎo)熱材料，例如蘋果、三星、材料，例如蘋果、三星、HTC、小米、魅族等等。、小米、魅族等等。 石墨烯的導(dǎo)熱率是石墨的石墨烯的導(dǎo)熱率是石墨的3倍，所以石墨烯制成的散熱膜散熱性能會大大優(yōu)于石墨倍，所以石墨烯制成的散熱膜散熱性能會大大優(yōu)于石墨片。片。5.3 散熱薄膜散熱薄膜5

24、、應(yīng)用前景 2013年年4月月2日，貴州新碳高科有限責(zé)任公司宣布研制成功出中國首個純石墨烯粉日，貴州新碳高科有限責(zé)任公司宣布研制成功出中國首個純石墨烯粉末產(chǎn)品末產(chǎn)品柔性石墨烯散熱薄膜。柔性石墨烯散熱薄膜。 石墨烯散熱薄膜外觀與錫箔紙相似，柔韌能任意折疊，可用剪刀剪成任意形狀。石墨烯散熱薄膜外觀與錫箔紙相似，柔韌能任意折疊，可用剪刀剪成任意形狀?！氨∧ず穸瓤刂圃诒∧ず穸瓤刂圃?5微米左右，相當(dāng)于普通微米左右，相當(dāng)于普通A4紙的三分之一厚紙的三分之一厚”，用約，用約360高的熱源高的熱源去靠近它時，石墨烯散熱膜的表面溫度可均勻保持在去靠近它時，石墨烯散熱膜的表面溫度可均勻保持在127左右。左右。

25、5.3 散熱薄膜散熱薄膜5、應(yīng)用前景 美國加州大學(xué)洛杉磯分校和日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)各自開發(fā)出了使用石墨烯作為電美國加州大學(xué)洛杉磯分校和日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)各自開發(fā)出了使用石墨烯作為電極、能量密度與充電電池相當(dāng)?shù)碾娙萜鳌烧咴谥圃焓r都開發(fā)了獨自的方法，有極、能量密度與充電電池相當(dāng)?shù)碾娙萜?。兩者在制造石墨烯時都開發(fā)了獨自的方法，有利用制造消費(fèi)類產(chǎn)品的技術(shù)的，也有在石墨烯中加入碳納米管的。利用制造消費(fèi)類產(chǎn)品的技術(shù)的，也有在石墨烯中加入碳納米管的。良好的導(dǎo)電性良好的導(dǎo)電性高比表面積高比表面積優(yōu)異的柔韌性優(yōu)異的柔韌性良好的機(jī)械性能良好的機(jī)械性能石墨烯以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)迅速引起了超級電容器研究人

26、員的強(qiáng)烈興趣。石墨烯以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)迅速引起了超級電容器研究人員的強(qiáng)烈興趣。5.4 超級電容器超級電容器5、應(yīng)用前景 日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）通過在石墨烯中添加）通過在石墨烯中添加CNT來制作電極。在石墨烯來制作電極。在石墨烯中添加中添加CNT之后，之后，CNT會通過自組織方式自然地進(jìn)入石墨烯中。這就制造了適當(dāng)?shù)拈g會通過自組織方式自然地進(jìn)入石墨烯中。這就制造了適當(dāng)?shù)拈g隙，是電流及離子的密度增加。最后使輸出功率密度與能量密度達(dá)到了前所未有的高水隙，是電流及離子的密度增加。最后使輸出功率密度與能量密度達(dá)到了前所未有的高水平，是采用活性炭電極時的平，是采用活性炭電

27、極時的10倍。倍。 5.4 超級電容器超級電容器5、應(yīng)用前景 石墨烯在光電子學(xué)和光電探測應(yīng)用領(lǐng)域極有潛力。石墨烯在光電子學(xué)和光電探測應(yīng)用領(lǐng)域極有潛力。優(yōu)點：優(yōu)點：光譜帶寬廣光譜帶寬廣響應(yīng)迅速響應(yīng)迅速缺點：缺點：光吸收能力弱光吸收能力弱缺乏產(chǎn)生多倍載荷子的增益機(jī)制缺乏產(chǎn)生多倍載荷子的增益機(jī)制 石墨烯極高的導(dǎo)電性著實令科學(xué)家著迷，也因此激發(fā)了科學(xué)家利用石墨烯來設(shè)石墨烯極高的導(dǎo)電性著實令科學(xué)家著迷，也因此激發(fā)了科學(xué)家利用石墨烯來設(shè)計超高速光電探測器。傳統(tǒng)的硅基光電探測器不能折疊，也不便宜，而且不夠靈計超高速光電探測器。傳統(tǒng)的硅基光電探測器不能折疊，也不便宜，而且不夠靈敏。多年來，一種便宜、可折疊的光

28、電探測器一直是科學(xué)家們的夢想。單層石墨烯敏。多年來，一種便宜、可折疊的光電探測器一直是科學(xué)家們的夢想。單層石墨烯似乎可以勝任。然而單層石墨烯吸收光子的能力比硅還差，僅有似乎可以勝任。然而單層石墨烯吸收光子的能力比硅還差，僅有2.3%的光子被吸的光子被吸收。我們所需要的是一種迫使更多光被吸收的方法。收。我們所需要的是一種迫使更多光被吸收的方法。5.5 光電探測器光電探測器5、應(yīng)用前景 2012年，他們又提出利用雙層石墨烯作為有源區(qū)的波導(dǎo)光調(diào)制器，采用一種類似年，他們又提出利用雙層石墨烯作為有源區(qū)的波導(dǎo)光調(diào)制器，采用一種類似p-絕絕緣層緣層-n的結(jié)構(gòu)，直接利用石墨烯代替硅與金屬電極形成接觸，得到了

29、的結(jié)構(gòu)，直接利用石墨烯代替硅與金屬電極形成接觸，得到了0.16dBm-1的調(diào)制深的調(diào)制深度，度，1GHz的響應(yīng)寬度。的響應(yīng)寬度。 利用雙層石墨烯作為有源區(qū)的波導(dǎo)光調(diào)制器利用雙層石墨烯作為有源區(qū)的波導(dǎo)光調(diào)制器5.6 光調(diào)制器光調(diào)制器5、應(yīng)用前景 所以，石墨烯可以作為高性能可飽和吸收體制作激光器。所以，石墨烯可以作為高性能可飽和吸收體制作激光器。 目前，基于石墨烯納米片、石墨烯聚合物薄膜和石墨烯溶液等形式的石墨烯目前，基于石墨烯納米片、石墨烯聚合物薄膜和石墨烯溶液等形式的石墨烯飽和吸收體已被廣泛用于產(chǎn)生鎖模脈沖。飽和吸收體已被廣泛用于產(chǎn)生鎖模脈沖?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯因其獨特的二維原子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)越的可飽和吸收特性，例如：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯因其獨特的二維原子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)越的可飽和吸收特性，例如：低飽和吸收光強(qiáng)度低飽和吸收光強(qiáng)度寬波段可飽和吸收寬波段可飽和吸收可控的調(diào)制深度可控的調(diào)制深度光纖兼容光纖兼容5.7 激光器激光器5、應(yīng)用前景 浙江大學(xué)的高超教授創(chuàng)造了世界最輕的材料浙江大學(xué)的高超教授創(chuàng)造了世界最輕的材料石墨烯全碳?xì)饽z，石墨烯全碳?xì)饽z，0.16毫克每立方厘毫克每立方厘米。這是處理污染的絕佳材料。它能吸附石油，現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸收自身質(zhì)量米。這是處理污染的絕佳材料。它能吸附石油，現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸收自身質(zhì)量10倍左右的有機(jī)溶劑，而倍左右的有機(jī)溶劑，而“全碳?xì)饽z全碳?xì)饽?/p>