石墨
關注創(chuàng)建者：wangyunxia 創(chuàng)建時間：2021-01-21
石墨的視頻教程
027 – COMSOL石墨烯超表面THz吸收器（含演示，80元）
石墨烯的電導率一般用 Kubo 公式描述，在本文中，由于研究的波段是 THz，所以可以將石墨烯的電導率近似為 Drude 模型。 本案例演示了如何在comsol中創(chuàng)建二維材料，計算了頻率為 0.5 ~ 2.5 THz 的入射光下該超表面的吸收率和電場分布。 計算的內(nèi)容和結果（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 1、三種結構的吸收率。
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004ProCAST從入門到精通--砂鑄鑄鐵
ProCAST入門到精通系列視頻有十八期，本期為其中一期“砂鑄鑄鐵”，視頻內(nèi)容講解除了操作以外還介紹鑄鐵模擬原理，主要內(nèi)容有： 1、鑄鐵模擬之石墨化特殊性 2、幾何處理及網(wǎng)格劃分 3、過濾網(wǎng)的處理與鑄鐵模擬邊界條件設置 4、運行參數(shù)講解（孕育方式設置、球化劑添加、孕育\球化衰退效果、石墨化膨脹設置、砂型剛度設置等） 5、結果觀察與分析 學習完該視頻，可以獨立完成ProCAST砂型鑄造鑄鐵件的模擬分析
￥300 3小時51分鐘 2465播放
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COMSOL光學與RF系列視頻
該系列視頻詳細講解了COMSOL中RF和光學的相關模型及應用，包括光子晶體、石墨烯、SPR、光波導、耦合器、光纖、太陽能電池等，透徹的講解了COMSOL射頻光學模型的思想與設置方法，同時講解了傳輸損耗、色散曲線、耦合長度、模式面積等的求解問題。講解過程中穿插不少COMSOL設置以及后處理技巧。
￥50 3小時56分鐘 1703播放
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石墨的實例教程
中芯國際是國內(nèi)最大也是最先進的晶圓制造廠，目前量產(chǎn)的最先進工藝是14nm，但與臺積電、三星的5nm相比，還落后兩三代工藝，總有人期望國內(nèi)的公司能夠彎道超車，最近有傳聞稱中芯國際開始進軍石墨烯晶圓市場，甚至希望他們與中科院合作，研發(fā)生產(chǎn)國產(chǎn)的石墨烯芯片。
對于這一問題，中芯國際日前在互動平臺上表示，公司目前業(yè)務未涉及石墨烯晶圓領域，否認了與石墨烯晶圓相關的消息。
除了芯片，石墨烯在新能源汽車領域也曾引發(fā)巨大討論。
2021 年初舉辦的某電動車論壇上，中國科學院院士歐陽明高公開表示：
“ 如果有人告訴你，這車能跑 1000 公里，幾分鐘充滿電，還安全，成本又很低。以目前的技術來講，他一定是騙子。”
而就在該論壇舉辦前不久，汽車制造商廣汽埃安發(fā)布了一張全新電池科技的海報，其中就包含了上述字眼，更是提到了石墨烯材料：
作為近年來熱度比較高的新興科技概念，
石墨烯被認為是高科技的代名詞
，除了石墨烯電池，在網(wǎng)上隨便一搜就可以看到更多奇奇怪怪的“石墨烯產(chǎn)品”：石墨烯內(nèi)衣褲、石墨烯面膜等等。可以這么說，正如前些年“納米”概念盛行的時候，任何產(chǎn)品前面加上這兩個字，價格就會翻個幾倍，最近網(wǎng)絡上的“石墨烯產(chǎn)品”基本上也都是如此。
甚至有人嘲諷“石墨烯”概念就是碩士，博士用來水論文的。
但是石墨烯概念被商家濫用并不意味著石墨烯就完全沒有了研究前景。
石墨和石墨烯有關的材料可以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。
展開 來源 | Nano-Micro Letters 原文 | https://doi.org/10.1007/s40820-023-01032-6 01 背景介紹 石墨烯納米膜是石墨烯的體相形態(tài)之一，其繼承了單層石墨烯的原子結構和電子、聲子行為特征，同時具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時間，是良好的熱學、電學以及光電研究平臺。目前，石墨烯納米膜的可控制備尚未實現(xiàn)。本文以氧化石墨烯(GO，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復合薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大面積、密堆積的組裝石墨烯納米膜(nMAG)(橫向尺寸，20cm；厚度范圍，50-600 nm)。nMAG具有良好的電學性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽，nMAG的高電導率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；將其應用于紅外探測，nMAG的強光致熱發(fā)射效應將石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產(chǎn)生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產(chǎn)生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 02 成果掠影 浙江大學高超課題組以氧化石墨烯(GO，28 μm，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大尺寸和緊密堆疊的組裝石墨烯納米膜(nMAG，橫向尺寸20 cm，厚度范圍50-600 nm)。
展開 石墨烯如何生產(chǎn)？石墨烯的生產(chǎn)制備方法有機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法、溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。前四種最為常用，下面進一步介紹這四種石墨烯生產(chǎn)方法。
機械剝離法
當年Geim研究組就是利用3M的膠帶手工制備出了石墨烯的，但是這種方法產(chǎn)率極低而且得到的石墨烯尺寸很小，該方法顯然并不具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。
化學氣相沉積法（CVD）
化學氣相沉積法主要用于制備石墨烯薄膜，高溫下甲烷等氣體在金屬襯底（Cu箔）表面催化裂解沉積然后形成石墨烯。CVD法的優(yōu)點在于可以生長大面積、高質(zhì)量、均勻性好的石墨烯薄膜，但缺點是成本高工藝復雜存在轉(zhuǎn)移的難題，而且生長出來的一般都是多晶。
氧化-還原法
氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質(zhì)反應生成氧化石墨（GO），經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團后得到石墨烯。氧化-還原法制備成本較低容易實現(xiàn)，成為生產(chǎn)石墨烯的最主流方法。但是該方法所產(chǎn)生的廢液對環(huán)境污染比較嚴重，所制備的石墨烯一般都是多層石墨烯或者石墨微晶而非嚴格意義上的石墨烯，并且產(chǎn)品存在缺陷而導致石墨烯部分電學和力學性能損失。
溶劑剝離法
溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，溶劑插入石墨層間，進行層層剝離而制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構，可以制備高質(zhì)量的石墨烯。缺點是成本較高并且產(chǎn)率很低，工業(yè)化生產(chǎn)比較困難。
石墨烯的生產(chǎn)會越來越好
目前市場上好多廠家生產(chǎn)的石墨烯，石墨片層數(shù)目不等，表面存在大量的缺陷和官能團，無論是導電性、導熱性還是機械性都跟獲得諾貝爾獎的石墨烯是兩回事。
展開 圖8.制備的氧化石墨烯纖維織物(GOFFs)和石墨烯纖維織物(GFFs)的濕熔組裝機理和形態(tài)。
2.4 石墨烯復合材料
石墨烯層疊板已被證明用于表面保護、海水淡化、氣體不滲透屏障和電磁干擾屏蔽。但是石墨烯層壓板在熱涂層中的應用越來越受歡迎。通常，在石墨烯層壓板中，石墨烯沉積在各種襯底上，包括聚合物(聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))和金屬(銅，鋁)。在石墨烯層壓板中，石墨烯片通過粘合劑或范德華力結合在一起。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了幾種簡單的石墨烯層壓板制造技術，包括CVD、滴鑄、旋涂、噴涂和浸涂。通過涂覆石墨烯來制造層壓板結構，塑料襯底的導熱系數(shù)提高了600倍，銅薄膜的導熱系數(shù)提高了24%(圖9)。
圖9.石墨烯層壓板。
2.5 石墨烯復合材料
2.5.1 石墨烯泡沫
石墨烯泡沫由石墨烯組裝成多孔的宏觀泡沫狀結構。泡沫的多孔性使得石墨烯泡沫的有效導熱系數(shù)非常低，在固體濃度約為0.45 vol%時，其導熱系數(shù)為0.26至1.7 W/(mK)。盡管如此，石墨烯泡沫表現(xiàn)出接近金屬泡沫的導熱性，其孔隙度更高一個數(shù)量級。此外，石墨烯泡沫具有非常高的可壓縮性，使其對TIM應用具有吸引力。石墨烯泡沫主要通過石墨烯CVD在Ni泡沫上合成，隨后蝕刻Ni模板，留下獨立的石墨烯結構。通過冷凍鑄造或水熱還原氧化石墨烯懸浮液也可以形成類似的結構。作為獨立結構，石墨烯泡沫和石墨烯/碳納米管氣凝膠已被證明可用于TIM應用，壓縮石墨烯泡沫的導熱系數(shù)約為88 W/(mK)(圖12)，并且在非常低的壓力下具有低熱界面阻力[179]。使用h-BN也證明了類似的結構，壓縮h-BN泡沫的平面導熱系數(shù)高達62 W/(mK)。
展開 如圖1所示，機械剝離懸浮石墨烯的固有k為5300 W/mk(遠高于塊狀石墨的2000 W/mk或單壁碳納米管的3500W/mk，這是Balandin小組首次用拉曼技術測量的。此后，石墨烯由于其極高的k和優(yōu)異的力學性能，被認為是有前途的替代品之一，并推動了對石墨烯及其衍生物的各種研究，如石墨烯薄膜，纖維，復合材料和層壓板用于熱管理應用。
圖1.各種碳材料的熱導率圖解
本文綜述了近年來石墨烯基薄膜及其復合材料在散熱方面的研究進展。然后，對石墨烯的官能化、石墨烯片的橫向尺寸和取向等影響其散熱效率的主要因素進行了總結和討論。在這篇綜述的最后，評論了挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢，為下一代基于石墨烯的二維熱管理材料提供指導。
01
石墨烯散熱膜
在本節(jié)中，介紹了制備的最新技術綜述了石墨烯薄膜及其衍生物，包括不同的前驅(qū)體及其對改善石墨烯薄膜k的貢獻。
1.1 單層或多層石墨烯薄膜
為了獲得具有完美晶格結構的單層石墨烯，高取向熱解石墨膜(HOPG)的機械剝離是最可行的方法之一。這些微尺寸的石墨烯片被廣泛用于石墨烯晶格中傳熱或聲子輸運的基礎研究。另一方面，隨著化學氣相沉積(CVD)技術的快速發(fā)展，高質(zhì)量的單層或多層石墨烯薄膜可供研究或應用。Gao等人將熱CVD法應用于單層石墨烯薄膜的生長。應用于Pt芯片時，熱點溫度從394 K降至381 K。超高速生長技術推動了CVD石墨烯的規(guī)模化制備。例如，一英寸大小的單晶石墨烯在Cu-Ni合金襯底上快速生長。Xu等人開發(fā)了一種供氧的超快速CVD來生長單晶石墨烯。但由于石墨烯從襯底轉(zhuǎn)移而不破壞晶格結構相對困難，因此CVD石墨烯薄膜作為導熱材料的應用仍然存在障礙。
展開 
石墨的最新內(nèi)容
這種材料因為內(nèi)部含有大量片狀石墨，具備了兩個關鍵特性：一是出和色的吸震性，能有效吸收測試過程中產(chǎn)生的機械振動，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定；二是較好的耐磨性，能夠承受工件長期在上面摩擦、拖拽而不易損壞。
二、決定壽命的關鍵工藝
平臺是否會變形、能使用多久，并非取決于表面光潔度，而是取決于以下兩個核心工藝。
第和一個是時效處理。鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力是平臺變形的根本原因。
展出范圍
半導體材料：硅片及硅基材料、硅晶圓、硅晶片、單晶硅、硅片、鍺硅材料、S01材料、太陽能電池用硅材料及化合物半導體材料、石英制品、石墨制品、防靜電材料、光刻膠及其配套試劑、晶圓膠帶、光掩膜版、電子氣體、特種化學氣體、CMP拋光材料、封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、封測材料等。
：石墨烯、導熱石墨材料、石墨散熱膜、石墨化薄膜等
?導熱散熱材料?：導熱粉體（氧化鋁、球鋁等）、石墨烯薄膜、液態(tài)金屬導熱片、相變材料、導熱硅脂、灌封膠等
?散熱風扇配件?：銅鋁制品、散熱型材、風機、電機、風扇自動組裝設備等
?散熱設備?：液冷系統(tǒng)、熱管散熱器、CPU/IGBT散熱器、水冷散熱器、液態(tài)金屬散熱器等
?分析與檢測?：激光導熱儀、導熱系數(shù)儀、熱物性測量設備等
?
密封材料：摒棄傳統(tǒng)橡膠，采用金屬對金屬密封、柔性石墨或PTFE復合結構，確保在-20℃至+250℃甚至更高溫度下仍具備優(yōu)異密封性。
閥桿與填料：采用17-4PH沉淀硬化不銹鋼或XM-19合金，并配以高溫石墨填料，有效防止熱膨脹導致的卡滯與泄漏。
好裝配平臺多采用HT200至HT300高牌號灰鑄鐵打造，這種材質(zhì)自帶優(yōu)異的吸振性能，其微觀結構中的石墨片如同無數(shù)個“減震器”，能有效吸收裝配過程中敲擊、壓裝產(chǎn)生的振動，避免振動反彈影響操作精度與工件穩(wěn)定性。
在工業(yè)制造的精賽道上，每一臺設備的穩(wěn)定運行、每一個部件的精對接，都離不開一個沉默卻至關重要的“基石”——裝配平臺。
這類材料內(nèi)部的石墨結構就像無數(shù)微小的減震器，天生具有高阻尼特性，能高和效吸收和耗散試驗設備產(chǎn)生的振動能量。
雙重熱處理：所有高品質(zhì)的試驗鐵地板在鑄造后，都必和須經(jīng)過兩次人工時效處理（通常在600-700℃的高溫爐中進行）。這個過程會徹和底消除鑄件內(nèi)部的應力，確保平臺在長達數(shù)年的使用中不會發(fā)生絲毫變形，精度保持相當穩(wěn)定。
石墨烯等離子體
在金納米結構上對石墨烯分層，被證明可提高SPR傳感器的性能。石墨烯的低折射率可最大限度地減少干擾，而其較大的表面積有助于捕獲生物分子。
因此，采用石墨烯可擴展SPR傳感器的應用范圍。此外，石墨烯還可提高SPR傳感器在制造過程中對高溫退火的耐受性。
光伏
金類等離子體材料——包括金、銅和銀，已被用于光伏和太陽能電池。
該材質(zhì)的石墨結構賦予了平臺良好的耐磨性和吸震性。
熱處理（核心）：為消除鑄造內(nèi)應力、防止變形，成品必和須經(jīng)過兩次時效處理（包括600度-700度的人工退火及長達2-3年的自然時效）。
精加工：高精度平臺工作面采用人工刮研工藝，精度越高，表面刮研斑點越密。例如，0級/1級平臺要求每25mm×25mm內(nèi)不少于25個接觸點。
2.
鑄鐵有的石墨片狀結構，能有效吸收作業(yè)過程中產(chǎn)生的振動，減少振動對平臺精度和自身結構的損耗，避免長期震動導致的開裂、變形。
更關鍵的是，選材過程中會嚴格控制鐵水成分，將碳當量控制在3.6%-3.8%，硅碳比維持在0.6-0.8，確保材質(zhì)兼具強度與減震性，從根本上杜絕“先天不足”導致的耐用性短板。
關鍵工藝特點：
兩次人工時效處理：鑄造后經(jīng)過600-700℃的退火處理，或長達2-3年的自然時效，徹和底消除鑄件內(nèi)應力，確保長期使用不變形-5
刮研工藝：0級、1級、2級精度平臺必和須采用人工刮研，在25mm×25mm范圍內(nèi)要求接觸點數(shù)達到20-25點-8-9
鑄造方式：多采用樹脂砂鑄造，砂型剛度好，可利用石墨化膨脹消除縮孔缺陷-1
鑄鐵試驗平板結構特點
鑄鐵試驗平板的工作面外形多樣
