石墨烯常用計量單位及簡介

1、石墨烯一、常用的計量單位及含義純度（Purity ） : wt% 【"wt%"是重量含量百分數（% ； wt是英文weight的簡寫?！勘缺砻娣eSSA （Special Surface Area ） : m2/g【比表面積是指單位質量物料所具有的總面積。單位是m/g,通常指的是固體材料的比表面積，例如粉末、纖維、顆粒、片狀、塊狀等材料?！侩妼剩–onductivity） : S/m【電導率，物理學概念，也可以稱為導電率。在介質中該量與電場強度E之積等于傳導電流密度Jo對于各向同性介質，電導率是標量；對于各向異性介質，電導率是張量。生態(tài)學中，電導率是以數字表示的溶液傳導電流

2、的能力。單位以西門子每米（S/m）表示。電導率是用來描述物質中電荷流動難易程度的參數。】振實密度（Tap Density ） : mg/mL【振實密度是指在規(guī)定條件下容器中的粉末經振實后所測得的單位容積的質量。振實密度或者說體積密度（在一些工業(yè)領域稱為松裝密度） 定義為樣品的 質量除以它的體積， 這一體積包括樣品本身和樣品孔隙及其樣品間隙體積。堆積密度對于表征催化劑、發(fā)泡材料、絕緣材料、陶瓷、粉末冶金和其它工業(yè)生產品都是必要的。】片徑（Scale ） : microns/灰分（ASH : wt% 【無機物，可以是鍛燒后的殘留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某種物質中的固體部分而不是氣體或

3、液體部分。在高溫時，發(fā)生一系列物理和化學變化， 最后有機成分揮發(fā)逸散，而無機成分（主要是無機鹽和氧化物）則殘留下來，這些殘留物稱為灰分?！矿w積電阻率（Volume Resistivity ） : Q? m體積電阻率，是材料每單位體積對電流的阻抗，用來表征材料的電性質。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻率。，pv=RS/h式中，h是試樣的厚度（即兩極之間的距離）；S是電極的面積，p v的單位是 Q m （歐姆米）】中值粒徑 D（50） : 4-6 am【D50: 一個樣品的累計粒度分布百分數達到50%寸所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占5

4、0%小于它的顆粒也占50%, D50也叫中位粒徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。】方阻（方塊電阻）：Q/ sq【在一長為l ,寬 w,高d （即為膜厚），此時 L=l,S=w*d,故R=p *l/（w*d）=（ p/d）*（l/w）。 方塊電阻 R=p /d令l=w于是R=（p /d）,其中p為材料的電阻率， 此時的R為方阻。蒸發(fā)鋁膜、導電漆膜、印制電路板銅箔膜等薄膜狀導電材料，衡量它們厚度的最好方法就是測試它們的方阻。什么是方阻呢？方阻就是方塊電阻，指一個正方形的薄膜導電材料邊到邊“之”間的電阻，方塊電阻有一個特性，即任意大小的正方形邊到邊的電阻都是一樣的，不管邊長是1米還是米，

5、它們的方阻都是一樣，這樣方阻僅與導電膜的厚度等因素有關】遷移率（Mobility ）： cm2/V - s【指單位電場強度下所產生的載流子平均漂移速度。它的單位 是厘米2/ （伏秒）。遷移率代表了載流子導電能力的大小，它和載流子（電子或空穴）濃度決定了半導體的電導率。遷移率與載流子的有效質量和散射概率成反比。載流子的有效質量與材料有關，不同的半導體中電子有不同的有效質量。如硅中電子的有效質量為 (m0是自由電子質量)碎化錢中電子的有效質量為?？昭ǚ种乜昭ê洼p空穴，它們具有與電子不同的有效質量。半導體中載流子在低溫下主要受到缺陷和雜質的散射，高溫下主要受到由原子晶格振動產生的聲子的散射。散射越強

6、，遷移率越低?！苛６?Scale ) : microns/【粒度是指顆粒的大小。通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方體顆粒的粒度用邊長表示。對不規(guī)則的顆粒， 可將與該顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。粒度的大小常用D50,D97,比表面積等指標表示?！亢穸?Thickness ) : nm 【納米】直徑(Diameter ) : microns尺寸：am 【微米】層數(Layers):層碳含量：wt%氧含量：wt%二、石墨烯定義石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米 材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工

7、、能源、生物醫(yī)學和藥物傳 遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。三、主要應用隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產業(yè)化應用步伐正在加快，基于 已有的研究成果，最先實現商業(yè)化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。基礎研究石墨烯對物理學基礎研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進行論證的量子效應可以通過實驗經行驗證。在二維的石墨烯中，電子的質量仿佛是不存在的，這種性質使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對論量子力學的凝聚態(tài)物質一一因為無質量的粒子必須以光速運動，從而必須用相對論量子力學來描述，這為理論物理學家們提供了一個嶄新的研究方向：-些原

8、來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗，可以在小型實驗室內用石墨烯進行。零能隙的半導體主要是單層石墨烯，這種電子結構會嚴重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應活性增強的功能是由石墨烯的氫化反應和氧化反應結果顯示 出來的，說明石墨烯的電子結構可以調變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結構可以通過氣體分子吸附的誘導而發(fā)生相應的變化，其不但對載流子的濃度進行改變，同時可以摻雜不同的石墨烯。傳感器石墨烯可以做成化學傳感器，這個過程主要是通過石墨烯的表面吸附性能來完成的，根據部分學者的研究可知，石墨烯化學探測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬。石墨烯獨特的二維結構使它對周圍的環(huán)境非

9、常敏感。石墨烯是電化學生物傳感器的理想材料， 石墨烯制成的傳感器在醫(yī)學上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。晶體管石墨烯可以用來制作晶體管，由于石墨烯結構的高度穩(wěn)定性，這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩(wěn)定地工作。相比之下，目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩(wěn)定性；石墨烯中電子對外場的反應速度超快這一特點，又使得由它制成的晶體管可以達到極高的工作頻率。例如 舊M公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了 100GHz,超過同等尺度的硅晶體管。7柔性顯示屏消費電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動設備顯示屏的發(fā)展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊，作為基礎材料

10、的石墨烯前景也被看好。韓國研究人員首次制造出了由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，制造出了一塊電視機大小的純石墨烯。他們表示，這是迄今為止“塊頭”最大的石墨烯塊。隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示，從理論上來講，人們可以卷起智能手機，然后像鉛筆一樣將其別在耳后。新能源電池新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領域。美國麻省理工學院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機等小型數碼設備中應用。另外

11、，石墨烯超級電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題，極大加速了新能源電池產業(yè)的發(fā)展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應用鋪就了道路。海水淡化石墨烯過濾器比其他海水淡化技術要使用的多。水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水親密接觸 后，可形成約納米寬的通道，小于這一尺寸的離子或分子可以快速通過。通過機械手段進一步壓縮石墨烯薄膜中的毛細通道尺寸，控制孔徑大小，能高效過濾海水中的鹽份。儲氫材料石墨烯具有質量輕、高化學穩(wěn)定性和高比表面積等優(yōu)點，使之成為儲氫材料的最佳候選者。航空航天由于高導電性、高強度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領域的應用優(yōu)勢也是極為突出 的。201

12、4年，美國NASA開發(fā)出應用于航天領域的石墨烯傳感器，就能很好的對地球高空大氣層 的微量元素、航天器上的結構性缺陷等進行檢測。而石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應用上也將發(fā)揮更重要的作用。感光元件以石墨烯作為感光元件材質的新型感光元件，可望透過特殊結構，讓感光能力比現有CMOS或CCDI高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本10%O可應用在監(jiān)視器與衛(wèi)星成像領域中，可以應用于照相機、智能手機等。復合材料基于石墨烯的復合材料是石墨烯應用領域中的重要研究方向，其在能量儲存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領域展現出了優(yōu)良性能，具有廣闊的應用前景。目前石墨烯復合材料的研究主要集中在石墨烯聚

13、合物復合材料和石墨烯基無機納米復合材料上， 而隨著對石墨烯研究的深入，石墨烯增強體在塊體金屬基復合材料中的應用也越來越受到人們的重視。石墨烯制成的多功能聚合物復合材料、高強度多孔陶瓷材料，增強了復合材料的許多特殊性能。生物石墨烯被用來加速人類骨髓間充質干細胞的成骨分化，同時也被用來制造碳化硅上外延石墨烯的生物傳感器。同時石墨烯可以作為一個神經接口電極，而不會改變或破壞性能，如信號強度或疤痕組織的形成。由于具有柔韌性、生物相容性和導電性等特性，石墨烯電極在體內比鴇或硅電極穩(wěn)定得多。石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長十分有效，而且不會傷害到人體細胞。四、發(fā)展前景石墨烯的研究與應用開發(fā)持續(xù)升溫，石墨

14、和石墨烯有關的材料廣泛應用在電池電極材料、 半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛 在的應用價值，在化學、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學科領域已取得了一系列重要進 展。研究者們致力于在不同領域嘗試不同方法以求制備高質量、大面積石墨烯材料。并通過對石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應用，并逐步走向產業(yè)化。中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產角度看，作為石墨烯生產原料的石墨，在 我國儲能豐富，價格低廉。正是看到了石墨烯的應用前景，許多國家紛紛建立石墨烯相關技術研發(fā)中心，嘗試使用石墨烯商業(yè)化，進而在工業(yè)、技術和電子相關領域獲得潛在的應用專利。如歐盟委員會將石墨烯作為“未來新興旗艦技術項目”，設立專項研發(fā)計劃，未來10年內撥出10億歐元經費。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所（NGI）,力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實驗室進入生產線和市場。石墨烯有望在諸多應用領域中成為新一代器件，為了探尋石墨烯更廣闊的應用領域，還需 繼續(xù)尋求更為優(yōu)異的