归纳与整理教学设计及说课稿

《改变世界的未来材料——石墨烯》教学设计

授课人：广昌一中

谢燕华

教学目标

1、了解石墨烯的结构和性质，应用及前景,拓展学生视野。

2、培养学生的科研精神和创新能力，增加知识储备和科学素养进而提高学生的学科兴趣。

教学内容：

一、事件回顾

1、2010年10月5日，瑞典皇家科学院宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因在2004年“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。

2、美国航天局曾经悬赏400万美元，寻找一种足够坚韧的材料，来制成长达3.7万公里缆线，搭建一座可以直通宇宙的“太空电梯”。石墨烯的发现让这个人类可以“一步登天”的梦想变成了可能。

3、2018年3月31日，中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动，该项目主要生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池（下称石墨烯OPV），破解了应用局限、对角度敏感、不易造型这三大太阳能发电难题。

事件启发：

1、事件1石墨烯可以怎么制取？新材料的发现与制备一定要先进的实验设备？

2、事件2，3说明石墨烯具有怎样的性质？

二、石墨烯的结构与性质

1、结构：

单层

sp2 结构

120〬

2、性质：

A、物性

1、最薄 1.42nm 2、最坚硬，比钢铁还硬100倍、比钻石坚硬

3、传导电子速度最快

4、最好的热传导性能。

5、有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。

6、溶解性：在非极性溶剂中表现出良好的溶解性 ，具有超疏水性和超亲油性。 7、熔点：科学家在2015年的研究中表示约4125K ，有其他研究表明熔点可能在5000K左右。

8、其他性质：可以吸附和脱附各种原子和分子。 B、化学性质：

1、生物相容性：羧基离子的植入可使石墨烯材料表面具有活性功能团，从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。

氧化性：可与活泼金属反应。

还原性：可在空气中或是被氧化性酸氧化，通过该方法可以将石墨最薄

最硬

物性

光学

电学

生物兼容性

氧化性

化性

稳定性

还原性

烯裁成小碎片。

稳定性：石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42nm。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。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。同时，石墨烯有芳香性，具有芳烃的性质。

2、化合物

氧化石墨烯（grapheneoxide，GO）石墨烷（graphane），氮掺杂石墨烯或氮化碳（carbonnitride）

讨论：请结合石墨烯的优异的物理性质。举例说明用途。

四、石墨烯的用途及前景

1、用途：随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，主要应用

领域包含基础研究、传感器、晶体管、柔性显示屏、新能源电池、海水淡化、储氢材料、航空航天、感光元件、复合材料、生物等。最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。

2、前景：石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件，为了探寻石墨烯更广阔的应用领域，还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺，使其得到更好的应用。

五、高考真题

（安徽卷7）石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料（结构示意图如右），可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是

A.石墨烯与石墨互为同位素

B.0.12g石墨烯中含有6.02×1022个碳原子

C.石墨烯是一种有机物

D.石墨烯中的碳原子间以共价键结合

练习：1、石墨烯(graphene)是目前科技研究的热点，可看作将石墨的层状结构一层一层的剥开得到的单层碳原子。将氢气加入到石墨烯排列的六角晶格中可得最薄的导电材料石墨烷(graphane)，下列说法中正确的是(NA表示阿伏伽德罗常数) A.石墨烯与石墨烷互为同素异形体

B.石墨烯转变为石墨烷可看作取代反应

C.12g石墨烯所含碳碳键数目为1.5NA D.12g石墨烯完全转变为石墨烷需氢气11.2L 2、石墨是层状晶体，每一层内碳原子结构如图所示，如果将每对相邻原子间的化学键看成是一个化学键，则石墨晶体每一层内碳原子数与碳—碳化学键数目的比是：

A.1∶1

B.1∶2

C.1∶3

D.2∶3 作业：

结合本课所学，查阅相关资料，写一篇字数不少于600字的科技小论文。题目不限,体裁不限。（认真写有惊喜哦！）