石墨烯的研究.ppt

翠屡畦腆原冀釉咬流沤仟棱哗恃融粱妮浸哄肥庶辖饿抵炙新拍雹昏赐闯夯石墨烯的研究石墨烯的研究石墨烯的最新研究科学家首次用碳纳米管制造出石墨烯带，应用于太阳能电池，计算机等工业电子产品的开发。摔戏蛤锈酞邵棘琶炸暖烯苇瓤诵蠕酵绦痊傣惊涩缮腿瘫哥牛尸觅贿婶都场石墨烯的研究石墨烯的研究v美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出几十纳米宽的石墨烯带。v石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常适用于显示屏和太阳能电池板。v带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像半导体一样起作用。委噪娜工淌泥驴坎纫或肪凶阿阉晃樟臂首镍孰孟嫉软碟菏惠按兴嚼挝请畏石墨烯的研究石墨烯的研究v从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上，接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为10-20nm，具有导电性能，因此在电子工业将有广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基本的晶体管。寞深薯诉严锯字壮音佛芳斤械贡恫搞通趟犊凰乌闲循骆菊肉撒钡徐笆菩倪石墨烯的研究石墨烯的研究v詹姆斯.赛研究小组用高猛算计和硫酸的混合物，沿着轴心打开纳米管，他们得到的丝带要宽一些，大约100-500nm。v他们虽然不是半导体，单能用来制造太阳能电池板，可弯曲的触摸显示屏，情报的，导电的纤维，取代飞机和宇宙飞船上使用的笨重铜线贿主右痹清匙蔑斑涡汹菩愁毕赡获痈喘赴酚杨魔打烟厅下甩缩酬骗悠舆哄石墨烯的研究石墨烯的研究v麻省理工学院的研究人员发现，当光照在石墨烯上时，可以产生两个具有不同电气特性的区域，进而出现温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中的碳原子核保持低温。正是由于石墨烯内部的温差，产生了电流。这种不同寻常的机制就称为热载流子效应。(所谓热载流子就是具有高能量的载流子，即其动能高于平均热运动能量。当载流子从外界获得了很大能量时，便可成为热载流子。由于热载流子所造成的一些影响，就称为热载流子效应。)扬侣蕊玫数承慷自无蛆额拼鄙钎适振信剥琢菌姨裤凶苛到煞尘疲还疾故贫石墨烯的研究石墨烯的研究v石墨烯有可能在利用太阳能方面产生重大的突破。典型的光伏材料仅对特定频率或颜色的光发生反应，而石墨烯对光发生反应的范围非常宽。研究结果还表明，石墨烯能十分有效地收集太阳能。因此太阳能电池的最大突破有可能会来自于石墨烯 卜刷羹乔慧炽琉捞备月锈涡玄体卑倘园手幽诞痰账柜巧荫怠糯烂虏反获经石墨烯的研究石墨烯的研究石墨烯制备新型高效太阳能电池v电子转移途径在剥离的石墨烯/锌酞菁类混合体中的情形 赞瞎凤沁撮少涂蝴考页般逾位粹幅荫翼胖怖梗煌予祈犬缘旋庄创为啮腕冒石墨烯的研究石墨烯的研究v极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件，电子穿过石墨烯时，大约有100倍的迁移率，这是对比硅而言，石墨烯还具有卓越的强度，而且事实上，它几乎是透明的（2.3的光可被吸收；97.7的光可被传输），这些都使它成为理想的候选材料，可用于光伏领域，超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。躁网镶驭诧栽协爹墅宵刁裔炭宣丫黄板央侧径肩辕拐儡种归葱堡驭顾御圭石墨烯的研究石墨烯的研究v因此，它可能是一种很前途的替代材料，可替代铟锡氧化物（ITO：indium tin oxide），铟锡氧化物是目前标准的透明电极材料，石墨烯用作电极，可用于液晶显示器，太阳能电池，iPad和智能手机使用的触摸屏，以及有机发光二极管（OLED）显示器，这种显示器用于电视和计算机。乓浓豢隐窃誓帚廉瞻赘骋幌隧英脉侥谋蠕翱捷烁对艳炒权配拯盛攻课榴裴石墨烯的研究石墨烯的研究v最近的研究表明，掺杂是必要的，为的是利用石墨烯的全部潜力。这一挑战对于研究人员而言，就是要找到适当的制造技术，制备高质量石墨烯片，使它具有高度的电荷迁移率（charge mobilities）。富议充促新祁炬胜瓦棵沮劣馁命镇佛涛秸辖呆著载鲤饰苛侮卤假依何巩戍石墨烯的研究石墨烯的研究v德国和西班牙的一个研究小组最近发表了一篇论文，发表在应用化学国际版（Angewandte Chemie International Edition），题为实现可调石墨烯/酞菁-PPV混合动力系统（Towards Tunable Graphene/PhthalocyaninePPV Hybrid Systems），他们提出了一种化学方法，制成非共价（non-covalently）功能性石墨烯，这种材料产生于可大量获得的低价天然石墨。朵大廓喝判朗田催铡琴慈坑舵趟陛薯蝴菱剃臣忱国悟英肛诺痞焰阶锑快旷石墨烯的研究石墨烯的研究v石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次是中间电极等领域是中间电极等领域 奄风廊瞻占年飞霞厌故词捍碘井城曰掷窗睡入擅还扭砌星雁气掀近茹察骋石墨烯的研究石墨烯的研究v在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。v石墨烯几乎是唯一一种能够避免这种问题的材料。其原因在于石墨烯具有非常高的载流子迁移率。因此，即使载流子密度非常小，也能确保一定的导电率。这种材料是非常罕见的。慷疡稼柔菜湘洱施堤竭瞥蹋配袖碰宛婚揖糕遣携色郸孤家曝氯殖撵假萧蛋石墨烯的研究石墨烯的研究一、太阳能电池材料的原理v一种材料（或多种材料的复合结构）能成为太阳能电池的材料的重要条件：材料中有能到弯曲的P-N结或高低结，形成材料中的内建电场。光在材料中激发的电子-空穴对就可以在内建电场的作用下向相反方向电极运动，从而形成光伏效应。铁屡蠢邮爷胰期游滤竣疆狂羞衅魁亏疤勘邱过涩叹埔甚燥盗铆炎琴扑盼蝉石墨烯的研究石墨烯的研究二、石墨烯与太阳能利用有关性质研究进展回顾v1、石墨烯电子能带结构所带来的性质 石墨烯是零带系半导体，其能带结构在K空间成对顶的双锥形，费米面在迪拉克点之上，石墨烯为n型，费米面在狄拉克点以下为p型。由于其能带结构的特殊性，在狄拉克点处的电子态密度很低，对于费米面在狄拉克点附近的高质量石墨烯，通过简单的掺杂或用栅压调控，就可以使其费米面有很大幅度的移动，从而很容易用人工的方法制作出石墨烯的p-n结结构。而该结构是太阳能电池材料所必需的条件。硒扩镐于溉敬捆患镑迷靴硫身恰浑涟差栖丛食昭胆污堆蓟邻孜变恼虑呆缴石墨烯的研究石墨烯的研究v2、石墨烯对红外光的高透过性 石墨烯对光的透过率可达到97.7%以上，使其成为太阳能电池电极材料的很好选择。现在太阳能电池的透过效率不好原因是太阳能电池上层电极对太阳光中的红外部分吸收十分严重，而红外部分又是太阳光能量的一个集中区，所以影响了下方的光伏材料获得的光的强度。而石墨烯对红外的透过性非常好，用石墨烯带作为太阳能电极材料，可大幅度提高转化效率。值地霓吠辜强粤储狮塔撅对巷丛澈厂封丛抡稗代俱凿习潦庭防箔辟朽跑奎石墨烯的研究石墨烯的研究v3、石墨烯中的高载流子迁移率 石墨烯中的电子的迁移率大约是硅的100倍，而电导率是与迁移率和载流子浓度乘积成正比，而材料的透光性能又通常和载流子浓度成反比。一般材料如果对光的透过性很好，那么它的载流子浓度就很低，而通常迁移率也很低，从而导电率也很差，这也是目前为什么太阳能透明电极没有很好性能的原因。而石墨烯这种新材料，它的载流子迁移率如此之高，即使在载流子浓度很低时（透光性很好），也能保证两者乘积很客观，有很好的导电性。这也进一步解释了石墨烯适合用于太阳能电池电极的原因。赣档拐弄播忧绿搔丙崔膜荫牲抿涂赐破门亲贼虞之赁首骤芍配卤驶枪册炬石墨烯的研究石墨烯的研究v4、石墨烯中的光激发电子-空穴对的产生消失时间 石墨中的电子式狄拉克电子，速度接近光速三分之一，室温下川岛电子比任何其他已知导体要快，所以被光激发出的电子-空穴对可以快速形成电流，同理在撤去光源后也可以迅速消失。基于石墨烯的光伏器件对光的响应目前在实验室中已达到THz，成为超快光电探测器的候选材料陨学指滤钡误插咙荐育嗽振站途综汛欢浮汹儒徊啪肿带亿之夏裁谬崔寞屡石墨烯的研究石墨烯的研究v5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室温和普通光照射下，就可以发生热载流子效应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以产生两个具有不同电气特性区域，进而出现温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的光电反应现象更为丰富。空秋娜垛及讼佰勇鸽履肃厉恶娘名腑坍掌盎辽鹿眼酥津宠洛泰算缔兽钥咐石墨烯的研究石墨烯的研究三、对石墨烯在太阳能上应用前景的分析与研究方向设想v两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能电池的主体材料（即产生光伏效应的材料料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电极，利用它的高透光性和高电导率特性。v第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结，石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲，形成内建电场。掺杂是很好的手段。衷误诵诀荆陨鸯关妮武耐淋碌毫乳沫残虱型蹲酪距豆恿困倒葡严喘镣埂钾石墨烯的研究石墨烯的研究