石墨烯材料简介
石墨烯简介
石墨烯简介有这样一种材料，它的机械强度是世界上最好钢的100倍，有着最快的电子迁移率，1秒内就可以传完两张蓝光DVD的容量……这就是石墨烯。
石墨烯是从石墨中剥离出的单层碳原子面材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，也可称为“单层石墨”（碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网，为平面多环芳香烃原子晶体），它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。
一、石墨烯发展简史20世纪初，科学家开始接触到石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·杰姆（AndreGeim）和他的学生克斯特亚·诺沃消洛夫（Ko-styaNovoselov）用简单易行的胶带分离法制备出了石墨烯。
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，把石墨片一分为二，不断重复这样的操作，于是薄片越来越薄，最后得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。
2010年,他们二人凭借着在石墨烯方面的创新研究获得了诺贝尔物理学奖。
获奖后，一些媒体渲染性地报道：“物理学家用透明胶和铅笔赢得诺贝尔奖。
”二、特性石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质：结构非常稳定，迄今为止研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的连接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品；几乎完全透明，却极为致密、不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法穿透；导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料；化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
三、制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法两种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法，化学法包括化学还原法与化学解理法、化学气相沉积法等。
石墨烯材料的特性与应用
石墨烯材料的特性与应用石墨烯是一种由碳原子排列成的薄膜，属于二维材料。
它具有出色的导电性、热导性和力学性能，极高的比表面积和柔韧性使其成为许多领域的研究热点。
1. 石墨烯的结构和特性石墨烯的结构类似于一张网格，由一层厚度为一个原子的碳晶格组成。
这种构造使其具有出色的电子传输性能。
该材料的电荷载流子迁移速度非常快，比传统的材料如硅快几倍。
此外，石墨烯的热导率极高，可以有效地传递热量。
这些性质使其成为许多电子学和热学应用领域的理想材料。
2. 石墨烯的应用石墨烯已经在许多领域中得到广泛应用。
以下是一些重要的应用领域：2.1 电子学应用由于石墨烯具有出色的导电性，因此它在电子学领域有广泛的应用。
石墨烯可以用于制造电子元件，如晶体管、集成电路等。
它还可以用于制造光电元件和传感器，如透明导电膜和生物传感器。
2.2 储能材料石墨烯可以用于制造储能器件，如锂离子电池和超级电容器。
其高比表面积和出色的电荷传输速度可以提高储能器件的性能。
石墨烯也可以用于制备储氢材料，这对开发氢燃料电池具有重要意义。
2.3 纳米复合材料石墨烯可以用于制造各种纳米复合材料，如聚合物基复合材料、金属基复合材料等。
石墨烯可以加强复合材料的力学性能，并且可以用于保护材料免受化学和环境腐蚀。
2.4 生物医学应用石墨烯在生物医学领域中也有许多应用。
它可以用于制造药物载体、生物传感器和各种医用材料。
石墨烯也可以用于研究肿瘤及其他疾病的治疗方法，如光疗和热疗。
3. 石墨烯的未来发展石墨烯在各个领域的应用前景广阔。
目前，石墨烯的产量和生产成本仍然很高，生产技术也存在许多难题。
因此，石墨烯的商业化应用仍然需要更多的研究和开发。
未来，石墨烯的大规模生产技术将会得到进一步的发展，其在各个领域的应用将会更为广泛。
总之，石墨烯是一个有着巨大潜力的材料。
它的优异特性使其成为了高效电子器件和新型材料的重要材料，在未来将充满无限的发展和应用前景。
石墨烯是什么材料
石墨烯是什么材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，其结构类似于蜂窝状的蜂窝状结构。
石墨烯由单层碳原子组成，形成了具有特殊性质的六角形晶格。
石墨烯的发现被认为是一项革命性的进展，因为它具有许多独特的物理和化学特性，使其在许多领域具有巨大的潜力。
首先，石墨烯具有出色的导电性。
由于其独特的结构，石墨烯中的电子可以自由移动，因此具有非常高的电导率。
事实上，石墨烯被认为是已知最好的导电材料之一，甚至比铜还要好。
这使得石墨烯在电子器件和导电材料方面具有巨大的应用潜力。
其次，石墨烯还具有出色的热导率。
由于其结构的特殊性，石墨烯可以有效地传递热量，因此具有很高的热导率。
这使得石墨烯在热管理和散热领域具有广阔的应用前景。
此外，石墨烯还具有出色的机械性能。
尽管它只有一个原子厚度，但石墨烯却非常坚固和耐用。
事实上，石墨烯被认为是已知最坚固的材料之一，具有比钢还要强大的拉伸强度和弹性模量。
这使得石墨烯在材料强度和耐久性方面具有巨大的潜力。
此外，石墨烯还具有许多其他独特的特性，例如光学透明性、化学稳定性和柔韧性等。
这些特性使得石墨烯在许多领域都具有广泛的应用前景，包括电子学、光学、材料科学、生物医学等。
总的来说，石墨烯是一种具有许多独特性质的材料，具有广阔的应用前景。
随着对石墨烯的研究不断深入，相信它将在未来的许多领域发挥重要作用，为人类社会带来巨大的变革和进步。
石墨烯的性质及应用
石墨烯的性质及应用石墨烯是一种由碳原子通过共价键结合形成的二维晶体结构，具有一系列独特的性质和应用潜力。
以下将详细介绍石墨烯的性质和应用。
性质：1. 单层结构：石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，在垂直方向上只有一个原子层，具有单层的特点。
2. 高强度：尽管石墨烯只有一个碳原子层，但其强度非常高。
石墨烯的破断强度远远超过钢铁，是已知最强硬的材料之一。
3. 高导电性：石墨烯的碳原子呈现出类似于蜂窝状的排列方式，使得电子能够在其表面自由传导。
石墨烯的电子迁移率是晶体硅的200倍以上，使得其具有非常高的导电性能。
4. 高热导性：由于石墨烯中的碳原子排列紧密，热量传递效率非常高。
石墨烯的热导率超过铜的13000倍，是已知最高的热导材料之一。
5. 弹性：石墨烯具有非常强的弹性，在拉伸过程中可以扩展到原始长度的20%以上，然后恢复到原始形状。
这种弹性使得石墨烯在柔性电子学和拉伸传感器等领域具有广泛应用。
应用：1. 电子器件：石墨烯的高导电性和高迁移率使其成为制造高速电子器件的理想材料。
石墨烯可以作为传统半导体材料的替代品，用于制造更小、更快的电子元件，如晶体管、电容器和电路等。
2. 透明导电膜：石墨烯具有优异的透明导电性能，可以制备成透明导电膜，用于制造触摸屏、显示器和太阳能电池等设备。
相比于传统的氧化铟锡(ITO)薄膜，石墨烯具有更好的柔性和耐久性。
3. 电池材料：石墨烯可以用作锂离子电池的电极材料，具有高电导性和高比表面积的优势。
石墨烯电极可以提高电池的充放电速度和储能密度，有望在电动汽车和可再生能源储存等领域得到应用。
4. 传感器：石墨烯具有优异的电子迁移率和极高的比表面积，使其成为制造高灵敏传感器的理想材料。
石墨烯传感器可以用于检测气体、压力、湿度和生物分子等，具有快速响应和高灵敏度的特点。
5. 柔性电子学：石墨烯的高强度和高弹性使其成为柔性电子学的重要组成部分。
石墨烯可以制备成柔性电路、柔性显示屏和柔性传感器等，有望应用于可穿戴设备、智能医疗和可卷曲设备等领域。
石墨烯是什么材料
石墨烯是什么材料石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶格结构的材料，被认为是科学界中的一项重大发现。
它具有许多出色的性质，使其成为研究、应用和开发各种技术的理想材料。
本文将介绍石墨烯的结构、性质和应用。
石墨烯的结构非常特殊。
它是由一个碳原子层构成的，碳原子形成了六边形的排列。
每个碳原子与周围三个碳原子形成共价键，形成一个稳定的二维晶格结构。
这种结构使石墨烯具有独特的性质。
首先，石墨烯具有优异的电子性能。
由于其二维结构，石墨烯的电子在平面内可以自由移动，表现出高度的导电性。
事实上，石墨烯的电子迁移率可以达到几百万cm2/V·s，远高于其他材料。
这使得石墨烯成为电子器件和传感器等领域的理想选择。
其次，石墨烯具有出色的力学性能。
虽然石墨烯只有一个碳原子层的厚度，但它的强度却相当高。
实验证明，石墨烯的强度是钢铁的200倍，同时也具有很高的柔韧性。
这种强度和柔韧性使石墨烯成为纳米复合材料和柔性电子设备的理想材料。
此外，石墨烯还具有很高的光学透明性。
它可以在可见光和红外光范围内实现高透射率，达到97.7%。
这使得石墨烯在显示技术和太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。
石墨烯的应用非常广泛。
在电子领域，石墨烯可以用于制造高速电子器件、柔性电子设备和能量存储器件。
在材料领域，石墨烯可以用于制造轻质复合材料、高强度纤维和超薄薄膜。
在能源领域，石墨烯可以用于制造高效的太阳能电池和储能装置。
此外，石墨烯还可以用于制造高效的传感器、过滤器和催化剂等。
然而，尽管石墨烯具有如此出色的性质和应用潜力，但目前仍面临一些挑战。
首先，大规模合成石墨烯仍然是一个复杂和昂贵的过程。
其次，石墨烯的良好导电性和透明性容易受到氧化和杂质的影响，从而降低性能。
因此，石墨烯的制备和保护仍然需要进一步的研究和发展。
总之，石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有出色的电子、力学和光学性能。
它在电子、材料和能源领域具有广泛的应用前景。
虽然石墨烯仍然面临挑战，但科学界对于其研究和开发仍抱有巨大的期望。
石墨烯原材料
石墨烯原材料石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有出色的导电性、热导性和机械性能，被誉为21世纪的“黑金”。
作为石墨烯的原材料，石墨矿石是其最主要的来源之一。
石墨矿石是一种含碳量高达80%以上的矿石，主要成分是石墨，同时还含有少量的杂质。
石墨矿石通常以天然石墨、胶片石墨和晶体石墨等形式存在。
在石墨矿石中提取石墨烯，首先需要对石墨矿石进行粉碎、浮选等物理化学方法的处理，然后经过高温等条件下的化学氧化、还原等反应，最终得到石墨烯。
除了石墨矿石外，石墨烯的原材料还包括石墨烯氧化物和石墨烯衍生物。
石墨烯氧化物是一种由石墨烯和氧原子构成的化合物，通常是通过氧化石墨烯的方法得到的。
石墨烯衍生物则是指通过对石墨烯进行功能化改性，形成不同性质和用途的新材料。
这些衍生物可以是石墨烯的氧化物、硫化物、氮化物等多种形式。
在石墨烯的生产过程中，选择合适的原材料对于石墨烯的质量和性能至关重要。
石墨矿石作为石墨烯的主要原材料之一，其质量和纯度直接影响着石墨烯的最终性能。
因此，在石墨烯的生产中，需要对石墨矿石进行严格的筛选和加工，以保证石墨烯的质量。
在石墨烯的应用领域中，石墨烯的原材料选择也是至关重要的。
不同的原材料可以制备出具有不同性能和用途的石墨烯制品，如导电材料、柔性显示器、超级电容器等。
因此，在石墨烯的应用中，需要根据具体的需求选择合适的原材料，并进行相应的加工和改性，以满足不同领域的需求。
总的来说，石墨烯的原材料包括石墨矿石、石墨烯氧化物和石墨烯衍生物等多种形式。
这些原材料在石墨烯的生产和应用中起着至关重要的作用，对于石墨烯的质量和性能具有重要影响。
因此，在石墨烯产业的发展中，需要加大对石墨烯原材料的研究和开发，不断提高石墨烯的质量和性能，推动石墨烯产业的健康发展。
石墨烯简介
石墨烯的化学性质
类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱 附各种原子和分子。从表面化学的角度来 看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石 墨来推测石墨烯的性质。石墨烯化学可能 有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学 性质得到广泛关注，有一个不得不克服的 障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。 如果这一点未得到解决，研究石墨烯化学 将面临重重困难。
展更薄、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 没有导体用热的形式释 放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以 这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯 则不同，它的电子能量不会被损耗，这使 它具有了非比寻常的优良特性。
制备方法
微机械剥离法
化学气相沉积法
氧化还原法
溶剂剥离法
溶剂热法 其它方法
应用领域
纳电子器件方面
代替硅生产超级计算机
太阳能电池
光子传感器
基因电子测序
隧穿势垒材料
其它应用
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单 层片状结构的新材料。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。
石墨烯的一些物理性质
性质 数值
导热系数 电子迁移率
5300 W/m· K 超过15000
cm²/V· s
因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发 电阻率 约10-6 Ω·cm
石墨烯技术的应用及前景展望
石墨烯技术的应用及前景展望一、石墨烯简介石墨烯是一种单层厚度为纳米级的碳材料，具有极高的导电性、热导率、机械强度和超轻质量等优异性能。
其结构由一层层的强共价键连接而成的六角形碳原子组成，具有较强的化学稳定性和生物相容性。
自2004年石墨烯首次被制备出来以来，其受到了广泛的研究和关注，由此产生了许多的石墨烯应用技术。
二、石墨烯技术的应用领域1. 电子行业石墨烯作为半导体材料，能够极大地提高电子器件的性能和加工效率。
石墨烯晶体管、石墨烯场效应晶体管、石墨烯超快速电路等将成为未来电子技术的核心组成部分。
2. 光电行业石墨烯具有优异的光电性能，能够制备出高效率的光伏电池、高性能的光电传感器、高亮度、高稳定性的LED灯等，在光电行业具有广阔的应用前景。
3. 材料行业石墨烯具有很高的强度、硬度和韧性，可以被制备成各种复合材料，被广泛应用于建筑、汽车工业等领域。
4. 生物医学石墨烯具有极好的生物相容性和生物稳定性，可以用于生物医学材料的制备和医疗器械的研发。
石墨烯的超薄结构和强烈的光电响应性质可以用于制造生物传感器和绿色荧光剂，并在生物光子学中提供全新的解决方案。
三、石墨烯技术的前景石墨烯技术的广泛应用，将深刻地影响人类现代科技的发展方向。
由于石墨烯具有非常高效的导电性和热导率，可以用于新型节能材料、新型锂电池、高效率的热电材料等。
除此之外，石墨烯还可以被制备成高效的催化剂和光催化剂，能够用于环保、化学工业等众多领域。
石墨烯技术将帮助解决许多现代科技所面临的挑战，具有巨大的市场潜力和发展前景。
与此同时，围绕着石墨烯技术的研究也在不断地推进。
人们正在努力探索其应用范围，开发新的石墨烯制备方法和技术。
石墨烯的可控性、可扩展性以及生产成本的降低也成为了研究重点，这将更有利于石墨烯技术的推广和工业化应用。
总之，石墨烯技术将会在未来的科技发展道路中发挥越来越重要的作用。
石墨烯具有不同于其他材料的独特优异性能，其应用领域将逐渐拓展，未来还将会有更多的惊人应用被发掘出来。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石墨烯材料简介在构成纳米材料的众多元素中，碳元素值得我们格外重视。
作为自然界中性质最为奇特的元素，碳（C）在原子周期表中的序号为六，属于第Ⅳ族。
碳原子一般是四价的，最外层有4个电子，可与四个原子成键。
但是其基态只有两个单电子，所以成键时总是要进行杂化。
由于较低的原子序数，碳原子对外层电子的结合力强，表现出较高的键能，容易形成共价键，故自然界中碳元素形成的化合物形式丰富多彩。
关于碳与碳原子之间或碳与其它原子间以共价键相结合，有杂化轨道和分子轨道的理论。
在形成共价键过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道，称为杂化轨道。
在有机化合物中，碳原子的杂化形式有三种：sp3、sp2和sp杂化轨道。
以甲烷分子（CH4）为例，碳原子在基态时的电子构型为1S22S22Px12Py12Pz0按理只有2px和2py可以形成共价键，键角为90°。
但实际在甲烷分子中，是四个完全等同的键，键角均为109°28′。
这是因为在成键过程中，碳的2s轨道有一个电子激发到2Pz轨道，3个p轨道与一个s轨道重新组合杂化，形成4个完全相同的sp3杂化轨道。
每个轨道是由s/4与3P/4轨道杂化组成。
这四个sp3轨道的方向都指向正四面体的四个顶点，轨道间的夹角是109°28´。
得益于碳原子丰富多样的键合方式和强大的键合能力，氧、氢、氮等各种元素被有机的组合在一起，形成碳的化合物，最终构成了令人惊叹的生命体。
碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。
由于碳原子之间不同的杂化方式，能形成结构和性质迥异的多种同素异型体，其中最为人知的存在形式是金刚石和石墨。
当每个碳原子与四个近邻碳原子以共价键结合（sp3杂化）时，形成各向同性的金刚石。
此时，四个价电子平均分布在四个轨道中，形成稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。
因此金刚石是自然界中坚硬的材料。
而当碳原子表现为sp2杂化时，碳原子在同一平面内与三个近邻原子以共价键结合；第四个价电子成为共有化电子：未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道，与邻原子的p轨道成π键。
当出现多个双键时，垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系，柔软的石墨和某些烷烃中的碳原子即以此形式存在。
正是由于石墨与金刚石分别具有二维和三维的杂化轨道，有人推测碳应该具有其它的形态存在，以后相继发现的以sp2杂化轨道构成的富勒烯和碳纳米管以及sp杂化轨道构成的卡宾碳正是上述设想的最好注释。
1.1.1石墨烯的发现及基本结构1985年，英国Sussex大学的H. W. Kroto教授与美国Rice大学R. F. Curl和R. E. Smalley两位教授合作[4]，在用质谱分析激光蒸发的石墨电极时发现了C60，并将其命名为富勒烯（Fullerene），三位教授也因为这一杰出工作而获得了1996年诺贝尔化学奖。
1990年，W. Kratschmer和D. R. Huffman从石墨棒电弧放电产生的烟灰中分离出了毫克级的C60，并得到了C60单晶[5]。
1991年，日本NEC公司饭岛（S. Iijima）教授在《Nature》杂志上发表了第一篇关于碳纳米管的研究文章[6]。
S. Iijima教授是一名杰出的电镜专家，在对碳材料的研究方面具有相当丰富的经验。
他第一个对石墨棒放电所形成的阴极沉积物仔细地进行了电镜研究，发现一种针状产物，直径处于4～30 nm的范围，长度约为1 m。
高分辨电子显微镜研究表明，这些针状物是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而形成的空心小管，即所谓的碳纳米管。
尤其重要的是Iijima教授首次发现碳纳米管中的石墨层可以因卷曲方式不同而具有手性。
自1985年富勒烯和1991年碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、一维的碳纳米管、零维的富勒烯球组成了碳系家族。
至此，碳的零维、一维、三维结构材料已经被实验证实可以稳定存在的，那么二维的碳薄膜形式是否存在呢？关于准二维晶体的存在性，科学界一直存在争论。
1930年代，Laudau[7]和Peirels[8]等物理学家认为，任何准二维晶体中的原子由于其本身的热力学不稳定性，将偏离晶格位置，导致在有限温度下都不可能稳定存在[9]。
Mermin-Wagner理论证实了二维磁性长程有序无法存在[10]，之后又进一步证实了二维晶体长程有序无法稳定存在[11]。
当时，无数关于二维薄膜材料的实验都与理论研究结果一致。
事实的确如此：随着薄膜厚度的减小，其熔化温度迅速减小，薄膜会变得很不稳定。
一般能保持稳定的薄膜厚度需要大约12个原子层厚，低于这个厚度的薄片，要么分割成小块，要么完全破碎[12-14]。
所以长期以来，人们认为长程有序结构在无限的二维体系中无法维持，那么原子层石墨在实空间也就不可能稳定存在了。
不过，单层石墨作为研究碳纳米管的理论模型已经得到了广泛的关注[15]。
直到2004年，英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim的研究小组，用机械剥离的简单方法第一次得到并观测到自由且稳定存在的单原子层的石墨[16]，证明了二维单原子层薄膜材料不但存在，而且可以制备出来。
之后他们又用这种方法制备了其他材料的二维结构[17]。
单原子层的石墨，国际上英文命名为“Graphene”，以与多层的层状石墨（Graphite）体材料相区别。
中文命名还没有很统一的完全恰当的对应词汇，目前科学界暂且将之称为“石墨烯”。
包括石墨烯在内的这些单原子层厚度二维材料的制备，让理论界不得不找寻新的解释。
与之前的理论可以相符的解释是，这些二维晶体在从三维体材料上剥离出来时，退灭到亚稳态上，而它们较小的尺寸（<<1mm）和原子间强烈的作用力使得热扰动不足以产生晶格位错和缺陷。
另外，剥离出的二维晶体在第三维度上通过轻微的褶皱（褶皱的横向尺度~10nm）保持自身的稳定：褶皱提高了弹性能量抑制了热扰动，在一定温度下可以将总自由能最小化[18]。
现在普遍认为，石墨烯能够在室温实空间稳定存在是因为原子层石墨并不是平铺在基片上，而是会形成水纹状（ripples）和类似千湖岛状的坑（puddles）的结构[19-24]，如图1.1所示。
虽然Graphene膜的厚度小，只含有单层碳原子，但是它们特别稳定。
图1.1原子层石墨附在基片上起伏如水纹状Fig. 1.1 graphene sheets are not entirely flat @ Geim.bmp. They become intrinsically stable by gentle crumpling in the third dimension on a lateral scale of ≈10nm.理想的石墨烯（Graphene）片层是严格意义上的二维单晶材料，结构简单，但可认为是一种新奇的碳元素同素异形体。
理论上，石墨烯可以看成许多石墨类材料之母，如图1.2所示，从石墨烯出发，可以包裹成零维碳纳米材料C60，也可以卷曲为一维碳纳米材料单壁碳纳米管，亦可层层堆积形成我们耳熟能详的石墨[25]。
图1.2石墨形态之母[25]二维的石墨烯是所有其它维数的石墨材料的基本构建单元，它可以包裹成零维的巴基球(C60)，也可以卷曲成一维的碳纳米管或者堆积成三维的石墨Fig. 1.2 Mother of all graphitic forms. Graphene is a 2D building material for carbon materials of all other dimensionalities. It can be wrapped up into 0D buckyballs, rolled into 1D nanotubes or stackedinto 3D graphite.石墨是人们耳熟能详的层状结构材料，石墨烯既然是单层的石墨，碳原子之间也就是通过sp2杂化形成六角蜂窝状结构。
如图1.3所示,是石墨烯晶体结构简单示意图。
我们选取石墨烯晶格中的最小周期性单元，即图中最邻近的四个同颜色碳原子构成的平行四边形为石墨烯晶格的单胞。
可见，石墨烯晶格单胞中有两个不等价的碳原子A 和B，它们跟周边碳原子成键方向不一样。
所以石墨烯是复式晶格，有两套不同的子晶格。
图1.3石墨烯晶体结构简单示意图[26]不同子晶格中的碳原子（A and B ），用不同的颜色标示（红色和橙色）。
Fig. 1.3 Crystallographic structure of graphene. Atoms from different sublattices (A and B) aremarked by different colors (blue and orange).图1.4（a ）中，a 1和a 2为石墨烯晶格基矢量，平行四边形单胞即以它们为边矢量。
图1.4石墨烯的格矢与倒格矢[27-28]Fig. 1.4 (a) The lattice vector of graphene; (b) The reciprocal space unit cell showing thefirst Brillouin zone (BZ)在直角坐标系中，a 1和a 2表示为：11ˆˆ(,2222a a x y =-+=-v ，21ˆˆ(,2222a a x y =+=v (1.1)这里的|a 1|和|a 2|为石墨晶格常数，|a 1| = |a 2 |=a=a C-C | = 0.246 nm ，a C-C 为碳－碳键的键长0.142 nm 。
石墨烯的倒格矢由下列关系给出：2i j ij a b πδ∙=v v (1.2) 由此得到石墨烯的倒格子基矢量为：11(,22b =v ，21,22b =-v (1.3) 比较公式1.1和1.3可得，石墨烯的倒格子空间也是六边形结构。
图1.4（b ）示意了倒易空间中的元胞并强调了第一布里渊区，其中，常用的高度对称的点有：Γ是布里渊区中心点，Μ是六角形边的中点，K 和K ’则是六角形布里渊区的顶点。
1.1.2 石墨烯的表征方法石墨烯（Graphene ）的表征手段主要有光学显微镜（optical microscope ，OM ）、原子力显微镜（atomic force microscope ，AFM ）、扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope ，STM ）、拉曼光谱（Raman spectroscopy ）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope ，SEM ）和透射电子显微镜（transmission electron microscope ，TEM ）。