石墨烯

前方有雾

石墨烯

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　　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[1]。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在[1]，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖[2]。
　　石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料[3] ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"[4]；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料[1]。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
　　石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
　　石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
　　石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，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。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。
　　石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。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；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣 。在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路.
　　石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。
　　石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中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”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。 [1]发展简史。第一：石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中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。 石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂　石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。
　　石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非同寻常的优良特性。

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Graphene Rose（石墨烯玫瑰）




Graphene Silk（石墨烯丝绸）

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金属所在石墨烯研究方面取得系列进展
2009-03-16 | 编辑：先进炭材料研究部 | 【大 中 小】【打印】【关闭】

    石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点。

    最近，我所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部成会明、任文才带领研究生在石墨烯的控制制备、结构表征与物性的研究方面取得了一系列新的进展，主要包括：

    （一） 可控制备出高质量石墨烯。根据层数不同，石墨烯的电子结构会发生显著变化，因此实现石墨烯层数的可控制备十分关键。与微机械剥离和外延生长方法相比，化学剥离是一种有望实现石墨烯低成本宏量制备的有效方法，但所制备的石墨烯大多为单层、双层和多层石墨烯的混合物。基于对化学剥离方法制备石墨烯过程的分析，他们提出了利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略，宏量控制制备出单层、双层和三层占优的高质量石墨烯（图1，《Carbon》47 ( 2009) 493），被审稿人认为是“石墨烯研究和应用的重大进展”。为了进一步提高化学剥离方法制备的石墨烯的质量，他们根据氢电弧放电反应温度高、可实现快速加热及原位还原的特点，采用电弧加热膨胀解理石墨以去除含氧官能团和愈合结构缺陷，进而提高了石墨烯的质量。较普通快速加热方法，采用氢电弧方法制备的石墨烯的抗氧化温度提高了近100°C，导电率提高了近2个数量级，可达2*103S/cm（ACS Nano 3 (2009) 411-417）。

    （二） 提出了表征石墨烯结构的新方法。石墨烯表征方法的建立是对其结构进行快速有效表征、控制制备及应用的前提和基础。他们在反射率计算的基础上，引入色度学空间概念，提出了快速、准确、无损表征石墨烯层数的总色差方法，解释了只有在特定基底上石墨烯可见的原因，并利用该方法对基底和光源进行了优化，提出并实验证实了更利于石墨烯光学表征的基底和光源，提高了光学表征的精度，为石墨烯层数的快速准确表征、控制制备及物性研究奠定了基础（图2，ACS Nano 2 (2008) 1625-1633）。论文发表后被《ACS Nano》杂志选为该期“亮点”进行了重点介绍；同时也被《Nature China》选为来自中国大陆和香港的突出科研成果，Vicki Cleave博士撰文写道：“来自中国科学院的任文才、成会明及其合作者提出了一种快速、无损、可进行大面积石墨烯表征的光学方法，该工作有助于确定和制备适于应用的理想石墨烯样品”。此外，针对目前石墨烯拉曼光谱信号弱、难以对其精细结构进行表征的难题，他们还发明了一种增强的拉曼散射技术，不仅可提高石墨烯拉曼光谱的信号强度，而且可获得普通拉曼光谱不能得到的石墨烯的精细结构特征。

    （三） 开展了石墨烯的应用探索。在石墨烯宏量制备的基础上，他们开展了石墨烯在场发射体、超级电容器、锂离子电池和透明导电膜等方面的应用探索。由于具有单原子厚度、优异的电学与力学特性以及丰富的边界结构等特征，故石墨烯是一种理想的场发射材料，但石墨烯宏量制备和组装技术的缺乏制约了其在场发射方面的应用。为了充分发挥石墨烯的结构和性能优势，他们发展了电泳沉积方法制备出表面均匀致密且含有丰富边界突起的单层石墨烯薄膜，实现了薄膜与基体间的良好接触。研究表明，石墨烯薄膜具有与碳纳米管薄膜相比拟的场发射特性：低的开启电场和阈值、良好的场发射稳定性和均匀性，展示了石墨烯在平板显示等方面的应用前景（图3，Advanced Materials 21 (2009): DOI: 10.1002/adma.200802560, online）。审稿人认为“作者实验证实了石墨烯单原子厚度的边界可有效增强电场、降低场发射开启电场，是一项重要的科学发现”。他们还结合石墨烯纸易于制备且具有良好力学性能的特点，正全力拓展其应用空间。

    这些工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的资助。

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中国科学院“爱因斯坦讲席教授”安德烈·海姆教授获得诺贝尔物理学奖

2010-10-08 | 文章来源：外事办        【大 中 小】【打印】【关闭】
由金属所推荐、成会明常务副所长提名的中国科学院2009年度“爱因斯坦讲席教授”获得者、英国曼彻斯特大学物理和天文学院教授安德烈·海姆博士于10月5日荣获2010年度诺贝尔物理学奖，以表彰他在石墨烯材料方面的卓越贡献。安德烈·海姆教授曾于2009年7月13-16日到金属所进行学术访问和讲学，并接受金属所任文才博士到他的实验室进修一年。
安德烈.海姆教授毕业于俄罗斯莫斯科钢铁学院，现为英国皇家学会会员、曼彻斯特大学物理与天文学院教授、凝聚态物理讲座教授、介观科学与纳米技术中心主任。海姆教授在凝聚态物理和材料科学等多个领域取得了诸多开创性成果，被公认为是石墨烯和范德瓦尔兹粘合剂两个科学研究的前沿开创者。2004年，海姆教授及其合作者发现了一种新材料—二维原子晶体，并对作为其典型代表的石墨烯的电学性能进行了深入系统的研究，发现了多种新奇的物理现象，如石墨烯中的准粒子类似零质量的相对论费米子、石墨烯的手性量子霍尔效应等。海姆教授在石墨烯领域的一系列创新性工作开创了一个新的 “类相对论凝聚态物质”的范式，即可以通过纳米科学实验来研究量子相对论现象。此外，他在石墨烯的应用方面也取得了多项开创性成果，成功研制了第一个石墨烯基电子器件，极大地推动了碳基纳电子器件的发展。石墨烯的发现开辟了一个崭新的研究领域，在海姆教授研究工作的带动下目前石墨烯研究已成为材料科学和凝聚态物理研究的最前沿。此外，他还在仿生材料、介观尺度的超导、强磁场中的介观物理、微观尺度非均匀磁场中的电子行为、磁畴壁亚原子尺度的运动、磁悬浮等领域做出了多项开创性工作。海姆教授共发表学术论文160余篇，其中包括16篇Nature、Science和20余篇Nature Materials、Nature Physics、Nature Nanotechnology和Physical Review Letters。由于海姆教授在石墨烯等研究领域的卓越贡献，他获得了2008年度欧洲物理学奖、2007年度Mott奖章等多项国际奖项。

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金属所提出氧化石墨烯薄膜的化学还原新方法

2010-12-24 | 文章来源：先进炭材料研究部        【大 中 小】【打印】【关闭】
自2004年被发现以来，石墨烯（Graphene）由于结构独特、性能优异、理论研究价值高、应用前景广阔而备受关注。氧化石墨烯（GO）是含有丰富含氧官能团的石墨烯衍生物，可通过化学氧化剥离廉价的石墨而得，随后通过还原处理可制成石墨烯。因此，利用GO再经还原制备石墨烯已成为低成本、宏量制备石墨烯的一个重要途径，对促进石墨烯的宏量应用具有重大意义。作为石墨烯重要应用之一，石墨烯透明导电膜以其资源丰富、良好的化学稳定性和柔韧性有望取代资源缺乏、脆性的铟锡氧化物（ITO）成为新一代的透明导电膜，在柔性显示领域表现出巨大的应用潜力。GO具有良好的水溶性，易于成膜。因此，先利用GO溶液成膜，再对GO薄膜进行还原处理，可以制备出低成本大面积的柔性石墨烯透明导电膜。其关键是采用什么还原方法有效地去除GO表面的含氧官能团，获得具有高导电性的石墨烯及其薄膜材料。
GO的还原方法主要有两类：高温热处理和低温化学还原。高温热处理法通常要求在1000°C以上，惰性或还原气氛中进行，还原成本较高，而且要求承载石墨烯及其薄膜的基片能够耐受高温，因此限制了该方法的广泛应用。低温化学还原可以在低于100℃的条件下进行，易于实现GO材料的低成本还原。但是，已报道的化学还原方法中效果最好的肼类还原剂（肼、二甲基肼等）和金属氢化物类还原剂（硼氢化钠、氢化锂铝等）的还原效果仍不理想，而且肼类物质不仅成本高，还是剧毒物质，大量使用会对环境造成严重污染。此外，采用这两类物质还原GO薄膜时，会造成薄膜膨胀或破碎，无法得到高电导性的石墨烯薄膜。因此迫切需要开发高效、低成本、无污染且适用于GO薄膜还原的低温化学还原方法。
沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部对GO表面含氧官能团的组成、氢卤酸与GO反应原理以及卤素原子与碳原子之间成键时的键能等进行了系统分析，提出了利用氢碘酸、氢溴酸等卤化物还原GO的方法，实现了GO在较低的温度下（≤100°C）的快速、高效还原，所得石墨烯的碳氧比可达12以上。研究还发现，这一方法不仅可以实现对GO粉体的大量高效还原，而且非常适合于对GO薄膜进行直接还原。还原后所得石墨烯薄膜的体积电导率可以达到3×104S/m，明显优于已有化学还原方法的效果。更重要的是，还原处理在去除薄膜层间含氧官能团的同时，反应产物以液相的形式从薄膜内部析出，产生的毛细作用力使薄膜厚度明显减小、结构更加致密，提高了石墨烯片层之间的结合力，因此还原后得到的石墨烯薄膜在导电性、力学强度和柔韧性等方面都有了显著的提高，解决了现有还原方法破坏薄膜结构的瓶颈问题。该研究还通过氢碘酸还原由大片GO组装而成的薄膜直接制备出在84%透光率下，表面电阻为1kΩ/□以下的柔性石墨烯透明导电薄膜，使得通过低温化学还原处理制备高质量的石墨烯透明导电膜成为可能，为石墨烯透明导电薄膜在柔性器件领域的广泛应用奠定了基础。
该研究首次使用强酸性还原剂实现了GO的高效还原，突破了以前GO还原只有在碱性环境中才能有效进行的观点。还原过程研究发现了卤素的取代和自发消去行为，并提出了亲核取代是GO还原反应基本过程的见解，为进一步深化对GO还原机理的认识、发展新的GO还原技术并拓宽GO的应用提供了重要参考。相关工作分别被Carbon和ACS Nano接受发表（全文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2010.08.006和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn1015506）。

利用氢碘酸还原氧化石墨烯薄膜的还原效果 a、b：还原前后的GO薄膜的宏观光学形貌；c: 还原前后薄膜的拉伸应力-应变曲线；d、e:还原前后薄膜表面的XPS-C1s谱图；f: 利用氢碘酸还原GO制备的柔性石墨烯透明导电薄膜

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金属所科研人员在石墨烯三维网络结构的制备及应用方面取得重要进展

2011-04-11 | 文章来源：先进炭材料研究部        【大 中 小】【打印】【关闭】
石墨烯（graphene）是一种新型炭材料，它具有由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构。石墨烯独特而完美的结构使它具有优异的电学、力学、热学和光学等特性，例如石墨烯具有100倍于硅的超高载流子迁移率、高达130GPa的强度、很好的柔韧性和近20%的伸展率、超高热导率、高达2600m2/g的比表面积，并且几近透明，在很宽的波段内光吸收只有2.3%。这些优异的物理性质使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等方面展现出巨大的应用潜力。
高质量石墨烯的大量制备以及把具有单原子层或数原子层厚度的石墨烯片组装成具有特定结构的体材料对综合利用石墨烯众多的优异性质、实现其宏量应用具有极其重要的意义。自2004年以来，科学家们已发展出多种制备石墨烯的方法，包括机械剥离法、SiC或金属单晶表面外延生长法、化学氧化剥离法、插层剥离法及化学气相沉积(CVD)法等。2006年，RS Ruoff研究组首先使用化学氧化剥离法制得的石墨烯制备出具有高强度的纸状石墨烯体材料，随后人们又相继制备出石墨烯柔性透明导电薄膜和三维多孔体材料，极大地拓展了石墨烯的应用空间。然而，基于化学氧化剥离法制备的石墨烯体材料往往具有较差的电学性能。最近，CVD方法的迅速发展极大促进了大面积高质量石墨烯的制备及其在透明导电薄膜方面的应用。但是，目前CVD方法多以铜箔、镍膜等平面型金属作为生长基体，只能得到二维平面的石墨烯薄膜，虽然适于纳电子器件和透明导电薄膜的应用，但难以满足复合材料、储能材料等宏量应用的要求。
最近，沈阳材料科学国家（联合）实验室的成会明、任文才带领的石墨烯研究团队在石墨烯三维体材料的宏量制备和应用方面取得重要突破。他们采用兼具平面和曲面结构特点的泡沫金属作为生长基体，利用CVD方法制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料。研究发现，这种石墨烯体材料完整地复制了泡沫金属的结构，石墨烯以无缝连接的方式构成一个全连通的整体，具有优异的电荷传导能力、~850 m2/g 的比表面积、~99.7%的孔隙率和~5 mg/cm3的极低密度（图1）。并且，这种方法可控性好，易于放大，通过改变工艺条件可以调控石墨烯的平均层数、石墨烯网络的比表面积、密度和导电性，并且采用基体卷曲的方法他们可制备出170 × 220 mm2及更大面积的石墨烯泡沫材料。
基于石墨烯泡沫独特的三维网络结构，他们采用原位聚合的方法制备出石墨烯泡沫/硅橡胶复合材料，发现在石墨烯添加量仅为~0.5 wt%的条件下，复合材料的电导率可达~10 S/cm（图2），比基于化学氧化剥离法制备的相同添加量的石墨烯复合材料的电导率提高了6个数量级，也高于基于高质量碳纳米管的复合材料的电导率。而且，这种复合材料具有很好的柔韧性和稳定性（图3），在弯折和拉伸等条件下仅有很小的电阻变化（如50%拉伸应变条件下的电阻变化<20%），在应力释放后可迅速恢复其原有形貌和电阻值，因此是一种理想的弹性导体材料，在柔性显示器、可穿戴式移动通讯设备和人造皮肤等柔性电子方面具有广阔的应用前景。
该研究团队提出的以多孔金属作为生长基体是石墨烯CVD生长的一条新思路，可实现高质量石墨烯的大量制备，也为具有特定结构、性能和应用的石墨烯三维体材料的制备提供了一个基本策略。这种石墨烯三维网络体材料集成了三维网络独特的形貌特征和石墨烯独特的物理化学性质，不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积，而且还具有石墨烯优异的电学、热学、力学性能，拓展了石墨烯的物性和应用空间，为石墨烯在柔性导电、导热、热管理、电磁屏蔽、吸波、催化、传感及储能材料等领域的应用奠定了坚实基础。
该成果得到了国家基金委和中科院的资助，于4月10日在Nature Materials上在线发表（Nature Materials, DOI: 10.1038/NMAT3001, (2011)），并被Nature选为了Research Highlight。

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石墨烯基柔性能量存储与转换器件研究取得进展

2011-10-24 | 文章来源：先进炭材料研究部        【大 中 小】【打印】【关闭】
电池、超级电容器、太阳能电池等能量存储与转换器件因在能量高效利用及便携式电子产品等领域的广阔应用前景而备受关注。随着消费电子产品小型化及可穿戴、可折叠柔性电子产品概念的提出，亟待开发能为之提供能量的轻、薄、柔性的储能器件。碳纳米管和石墨烯分别为典型的一维和二维碳质材料，具有比表面积大、导电性高、柔韧性好等结构和性能特征，因而是构建柔性能量存储与转换器件的理想材料之一。
最近，中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部设计并制备出基于碳纳米管/石墨烯的柔性能量存储与转换器件，并发现其具有循环稳定性好、可快速充放电、可弯折等优异性能。例如，他们将石墨烯纳米片自组装在构成滤纸的纤维素纤维的孔隙中，制备出一种石墨烯/纤维素三维网状复合材料。该材料不仅秉承了纸的柔性，而且减少了石墨烯纳米片的堆叠团聚，并具有快速输运电解液离子的通道。将该复合材料作为超级电容器的电极，其单位面积电容量达到81mF/cm2，且经过5000次以上的充放电循环容量不衰减。利用该复合材料组装成的柔性超级电容器表现出超高的柔性，经过1000次以上弯折其储能性能基本保持不变（图1a）。三个串联超级电容器具有2.5伏以上的电压，足以点亮一只发光二极管（图1b），同时该柔性超级电容器可任意裁剪、折叠、卷曲成各种形状（图1c），其性能可满足射频标签等微功率应用的需要。由于纤维素纸价格低廉，他们也已开发出大批量、低成本生产石墨烯的技术，而且柔性石墨烯复合纸的制备工艺简单，因此该复合材料有望在柔性电子产品中获得应用。
与此同时，他们与天津大学杨全红教授及中科院物理所孟庆波研究员密切合作，在柔性石墨烯片层上生长出碳纳米管垂直阵列。由二维石墨烯和一维碳纳米管构成的全碳材料可作为高性能锂离子电池的负极材料和染料敏化太阳能电池的对电极材料。在传统的锂离子电池中，铜集流体及粘结剂相对活性物质占了较大比重。在该成果中，碳纳米管阵列直接生长在石墨烯基片上，二者结合紧密，整体导电性好、可弯折（图2a, b），无需使用任何导电添加剂就可直接作为碳质集流体，从而显著提高电池的能量密度和功率密度。半电池性能测试结果表明，该全碳电极具有高的库伦效率、良好的循环稳定性和较大的储锂容量（图2c）。在染料敏化太阳能电池中，该全碳材料可以高效催化I3-的还原，其能量转化效率达到传统铂电极的83%（图2d），有望替代资源稀缺的贵金属铂。因此该石墨烯-碳纳米管组装体有望在高性能柔性能量存储与转换器件中获得应用。
以上研究工作的主要内容已分别发表在国际学术期刊《先进能源材料》上(Advanced Energy Materials 2011, 1(4):486-490; Advanced Energy Materials 2011, 1(5):917-922)，并申请了中国发明专利。

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金属所两项成果入选2011年度中国科学十大进展

2012-01-18 | 文章来源：所办公室        【大 中 小】【打印】【关闭】
1月17日下午，由科技部基础研究管理中心组织实施的“2011年度中国科学十大进展”评选结果在京公布，金属所的“揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制”和“利用化学气相沉积法制备出石墨烯三维网络结构材料”两项成果榜上有名。
金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢柯研究组承担完成的“揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制”，发现梯度纳米金属材料兼有高强度和高塑性，在解决相关金属材料的强度与塑性矛盾方面开辟了一条全新的道路；金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室成会明研究组承担完成的“利用化学气相沉积法制备出石墨烯三维网络结构材料”，该材料具有极低的密度、高比表面积和优异的电学、热学和化学性能，极大拓展了石墨烯的物性和应用空间。
此次评选活动首先从233项推荐成果中遴选出31项，经专家组进行无记名投票后，最终评选出“2011年度中国科学十大进展”。评选专家包括中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等。

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大尺寸单晶石墨烯的化学气相沉积法制备及其无损转移取得重要进展

2012-02-29 | 文章来源：先进炭材料研究部        【大 中 小】【打印】【关闭】
作为单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状结构，石墨烯具有极高的载流子迁移率、高透光性、高强度等众多优异的物理化学性质，在电子学、自旋电子学、光电子学、太阳能电池、传感器等领域有着重要的潜在应用。目前制备高质量石墨烯的方法主要有胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法和化学气相沉积法（CVD），前两种方法效率低，不适于大量制备，而迄今由CVD法制备的石墨烯一般是由纳米级到微米级尺寸的石墨烯晶畴拼接而成的多晶材料。石墨烯中晶界的存在会严重降低其质量和性能，因此大尺寸单晶石墨烯的制备对于石墨烯基本物理性质的研究及其在电子学等方面的应用具有极其重要的意义。此外，对于在金属基体上生长的石墨烯，生长后能否高质量地将石墨烯从金属基体转移到其它基体上是实现其在不同领域应用的前提。但现有转移方法大多是将金属基体腐蚀掉，不仅会造成石墨烯结构的破坏、基体金属的残存和环境污染，而且会显著增加石墨烯的制备成本，尤其不适合化学稳定性强的贵金属上石墨烯的转移。
最近，沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部的成会明、任文才研究员带领的石墨烯研究团队在大尺寸单晶石墨烯及其薄膜的制备和无损转移方面取得重要进展。他们在前期常压CVD方法生长石墨烯的基础上，提出采用贵金属铂作为生长基体，实现了毫米级尺寸六边形单晶石墨烯的制备（图1），并制备出由毫米级单晶石墨烯构成的石墨烯薄膜。研究发现，多晶铂和单晶铂上石墨烯的生长行为相似，铂对甲烷和氢气较强的催化裂解能力以及反应中低浓度甲烷和高浓度氢气的使用是实现石墨烯低成核密度并最终制备出大尺寸单晶石墨烯的关键。由于石墨烯与铂基体热膨胀系数差别小，所得石墨烯上褶皱的平均高度仅为0.8纳米，远小于铜、镍基体上生长的石墨烯的褶皱。他们与中科院大连化学物理研究所包信和研究团队合作，利用选区低能电子衍射和低能电子显微镜对单个石墨烯岛进行了表征，发现具有规则六边形结构的石墨烯岛均为单晶，而边界处有凹角存在的石墨烯岛多为多晶结构。
与此同时，他们还发明了一种基于电化学气体插层的鼓泡无损转移方法，可将铂上生长的石墨烯转移到任意基体上（图2）。与现有基于基体腐蚀的传统转移方法不同，该转移方法对石墨烯及铂基体均无破坏和损耗，铂基体可无限次重复使用。转移后的石墨烯完整保留了其原有的结构和质量，无金属杂质残留（图3）。该鼓泡转移方法操作简便、速度快、无污染，并且适于钌、铱等贵金属以及铜、镍等常用金属上生长的石墨烯的转移，金属基体可重复使用，可作为一种低成本、快速转移高质量石墨烯的普适方法。拉曼光谱研究表明，该方法转移的单晶石墨烯具有很高的质量（图4）。他们进而与北京大学电子系的彭练矛研究团队合作，将转移到Si/SiO2基体上的单晶石墨烯制成场效应晶体管，测量出该单晶石墨烯室温下的载流子迁移率可达7100cm2V-1s-1（图4），并有望通过使用氮化硼基体得到进一步提高。
金属基体上大尺寸单晶石墨烯及其薄膜的多次重复生长为石墨烯基本物性的研究及其在高性能纳电子器件、透明导电薄膜等领域的实际应用奠定了材料基础。该成果得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院等的资助，已申请中国发明专利2项，相关论文于2月28日在《自然—通讯》上在线发表（Nature Communications, 2012, DOI: 10.1038/ncomms1702）。

前方有雾

【中国科学报】大尺寸单晶石墨烯制备获突破

2012-03-02 | 文章来源：中国科学报        【大 中 小】【打印】【关闭】
本报讯（记者周峰）2月28日，《自然—通讯》杂志在线发表了中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室成会明、任文才团队在石墨烯制备方面取得的一项新突破，他们通过金属外延生长方法，制备出了具有非常优异场发射效应的毫米级单晶石墨烯及其薄膜。
石墨烯优异的电、光、强度等众多优异性质使其在电子学、自旋电子学、光电子学、太阳能电池、传感器等领域有着重要的潜在应用，但大规模高质量制备技术是制约其进入实际应用的瓶颈之一。
目前制备高质量石墨烯的方法，有胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法和化学气相沉积法（CVD），前两种方法效率低，不适于大量制备。而迄今由CVD法制备的石墨烯，一般是由纳米级到微米级尺寸的石墨烯晶畴拼接而成的多晶材料。
对于以金属基体生长的石墨烯，通常以腐蚀金属基体的方法来进行转移，不仅存在金属残存、转移过程破坏石墨烯结构的问题，而且污染环境、成本高、不适合贵金属基体。
成会明等采用贵金属铂生长基体，以低浓度甲烷和高浓度氢气通过常压CVD法，成功制备出了毫米级六边形单晶石墨烯及其构成的石墨烯薄膜。通过该研究组发明的电化学气体插层鼓泡法，可将铂上生长的石墨烯薄膜无损转移到任意基体上。
该方法操作简便、速度快、无污染，并且适于钌、铱等贵金属以及铜、镍等常用金属上生长的石墨烯的转移，金属基体可重复使用，可作为一种低成本、快速转移高质量石墨烯的普适方法。
该方法转移的单晶石墨烯具有很高的质量，将其转移到Si/SiO2基体上制成场效应晶体管，测量显示该单晶石墨烯室温下的载流子迁移率可达7100 cm2 V-1 s-1。
金属基体上大尺寸单晶石墨烯及其薄膜的多次重复生长，为石墨烯基本物性的研究及其在高性能纳电子器件、透明导电薄膜等领域的实际应用奠定了材料基础。

文章来源：《中国科学报》 (2012-03-01 A1 要闻)

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太阳33

谢谢 学习了

前方有雾

最近石墨烯概念成为热点，真假石墨烯概念股纷纷登场表演，哪些才是真正的石墨烯概念股呢？

一、伪石墨烯股大全

石墨烯就是单层的只有一个碳原子厚度的石墨

很多打着石墨烯旗号的所谓石墨烯概念股根本就没有石墨烯

伪石墨烯第一股中国宝安，单层的石墨被称为石墨烯，但是宝安竟然把单层到1000层的石墨叫做石墨烯，偷换概念，目前该公司子公司贝特瑞只能生产单层到1000层的含有部分石墨烯的混合物

st南风，碳纳米管不是石墨烯，该股没有石墨烯题材，而碳纳米管因为生产成本太高至今也没有得到大规模应用

中钢吉炭，无论是中钢吉炭还是其大股东中钢集团根本都没有一项石墨烯专利

博云新材，博云新材自身和大股东中南大学都没有一项石墨烯专利，但是中南大学有类似于高能镍碳超级电容器的技术，虽然未必会注入给博云新材，因为中南大学只持有17.39％的博云新材股权

方大碳素，该公司及其大股东都没有石墨烯专利

安泰科技，该公司及其大股东都没有石墨烯专利

新华锦，石墨烯与石墨不同，有石墨没有石墨烯，不能称为石墨烯股

四方达，金刚石不是石墨烯，石墨烯硬度高于金刚石

天富热电，碳化硅与石墨烯没有多大关系，陈小龙的石墨烯专利也只是实验室技术

二、大股东石墨烯概念股，这个目前还没有被市场所发掘，一些高校在石墨烯研发方面技术领先，但是能否将石墨烯技术注入给其控股的上市公司还是未知数
1、600846同济科技，同济大学的唯一上市公司，而同济大学有6项石墨烯专利，持有上市公司23.38％股权

2、000915山大华特，山东大学也有3项石墨烯专利，持有上市公司21.94％股权

3、600624复旦复华，复旦大学有10项石墨烯专利，持有上市公司22％股权

4、000925众合机电，浙江大学有23项石墨烯专利，持有上市公司54.72％股权，其中29.68％为通过浙大网新间接持有，浙江大学持有的浙大网新股权比例很低，只有16.06％

5、600701 工大高新，哈尔滨工业大学有5项石墨烯专利，持有上市公司20.92％股权，哈工大还持有600857工大首创15.69％股权

6、 600661新南洋，上海交通大学有14项石墨烯专利，持有上市公司38.45％股权，通过新南洋间接持有交大昂立18.31％股权

从高校的对上市公司的持股比例来看如果注入石墨烯技术，众合机电和新南洋的可能性会高一点，因为这两个股高校的持股比例较高

三、合作研发石墨烯股
金路集团公告与中国科学院金属研究所合作研发石墨烯，其石墨烯概念较为正宗，但是还只是刚刚合作研发，达到量产恐怕还要等一两年

四、即将量产石墨烯股
据5月13日中国青年报报道力合参股2.4％的无锡第六元素公司明年初即将量产10吨石墨烯/年，因为要实现石墨烯量产还要追加上亿元的资金投入，而第六元素的注册资本仅为142万。

在国家知识产权局网站搜索“石墨烯”可以找到414项名称中含有石墨烯的发明专利，如果一家公司没有专利技术储备那么很难想象这家公司未来会从事石墨烯的研发生产，因为你没有石墨烯专利技术而别人有，你生产石墨烯的时候如果用到了别人的专利技术就要先获得人家的专利授权，另外还要支付专利费才能进行生产，所以没有石墨烯专利并且大股东都没有石墨烯专利的公司肯定是伪石墨烯股。即使有专利技术，还要看看其专利说明书详情，看看说明书中是否提到其技术可以实现石墨烯的大规模低成本生产，比如发明人为陈小龙的石墨烯专利就是实验室技术无法大规模生产。

[ 本帖最后由 前方有雾 于 2012-3-13 11:56 编辑 ]

前方有雾

“有信心就有勇气，有信心就有力量，信心比黄金更重要。”#*22*#

嘘。0

同济科技 和 复旦复华  这两天异动的厉害！内盘量是外盘量的两倍。。。 #*18*#

chyolk37

#*29*# 怎么没有新内容？？？？？？？？？？？？？？？？

烟锁红楼

斑竹的功课做的到位！

huacc1955

谢谢雾版整理收集
学习啦

前方有雾

看好石墨烯这个题材，但是该概念扑朔迷离/真假难辨，华哥有什么建议吗？#*19*#