二维材料课件.ppt
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1、二维材料理论、制备与近况1PPT课件二维材料 二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱。中文名中文名:二维材料 外文名外文名:Two dimensional material 2PPT课件石墨烯材料的定义 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。厚度仅有0.335纳米,是构建其他维数碳质材料的基本单元。3PPT课件石墨烯 2004年在英国曼彻斯特大学的实验室,物理学家安德烈海姆(Andre Geim)和康斯坦丁诺沃肖洛夫(Konstantin
2、 Novoselov)第一次从石墨中分离出了石墨烯。这种单原子层厚度的碳薄片柔韧、透明,比钢铁强度高、比铜导电性好,如此之薄以至于称它为“二维材料”可谓实至名归。4PPT课件5PPT课件石墨烯在发现前被认为是不可能存在的 从统计物理出发可以证明 Mermin-Wagner 定理,这个定理讲的是:任何具有连续对称性连续对称性的二维热力学系统,在非零温非零温下,其连续对称性连续对称性不可能发生自发破缺。依据 Mermin-Wagner 定理,在非零温度下,这个情况是不可能发生的。一个大致的物理解释是,在小于等于二维时,若出现有序(即连续对称性破缺),Goldstone 玻色子的总能量会发散,以至于
3、破坏有序 现实中没有完全严格的二维系统现实中没有完全严格的二维系统,大家也一般会说,这个条件放松了,最多也就是定理对应的非零温这个条件放松一点大概在相当低的温度下可能找到准二维晶格大概在相当低的温度下可能找到准二维晶格但意想不到的是,室温室温下就能找到石墨烯这种东西。6PPT课件20102010年年1010月月5 5日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将将20102010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈安德烈 海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫,以表彰他们在石诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方
4、面的卓越研究墨烯材料方面的卓越研究。7PPT课件 海姆和诺沃肖洛夫认为,石墨烯晶体管已展示出优点和良好性能,因此石墨烯可能最终会替代硅。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许多诺贝尔科学奖项都是在获得成果十几或几十几或几十年后十年后才颁发。而石墨烯材料的制备成功距获奖才才颁发。而石墨烯材料的制备成功距获奖才六六年时间年时间,就获得了诺贝尔奖,这使诺沃肖洛夫感到意外。他说:“今天早上听说这个消息时,我非常惊喜,第一个想法就是奔到实验室告诉整个研究团队。”而海姆则表示,“我从没想过获诺贝尔奖,昨天晚上睡得很踏实”。石墨烯材料的诞生获得2010年诺贝尔物理学奖8PPT课件9PP
5、T课件石墨烯的结构 完美的石墨烯是二维的,它只包括六边形(等角六边形)。石墨烯中的碳-碳键长约为0.142nm.每个晶格内有三个键,连接十分牢固,形成了稳定的六边形状。垂直于晶面方向上的键在石墨烯的导电过程中起到了很大的作用。10PPT课件石墨烯的结构11PPT课件石墨烯的结构 如果有五边形和七边形存在,则会构成石墨烯的缺陷。少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲,12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管。12PPT课件13PPT课件石墨烯的结构 石墨烯根据边缘碳链的不同可以分为锯齿型和扶手椅型。锯齿型石墨烯条带通常为金属型,而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属型或半导体型。
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