石墨烯的发现与发展
石墨烯 发现过程
石墨烯发现过程摘要：一、石墨烯的概述二、石墨烯的发现过程1.原子力显微镜的发明2.单层石墨烯的实验制备3.诺贝尔奖得主安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫的贡献三、石墨烯的特性及应用1.机械强度2.导电性3.热传导性4.应用领域四、我国在石墨烯研究方面的进展五、石墨烯的未来发展前景正文：石墨烯，一种仅有一层原子厚度的二维材料，自2004年被安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功实验制得，逐渐成为材料科学领域的热点。
石墨烯的发现过程可分为以下几个阶段。
首先，我们要了解石墨烯的来源。
石墨烯是碳的同素异形体之一，存在于自然界中的石墨中。
石墨是一种常见的矿物，具有良好的导电性和热传导性。
然而，在自然界中，石墨是以多层结构存在的，而石墨烯则是单层结构。
如何将多层石墨剥离成单层石墨烯成为科学家们面临的挑战。
石墨烯的发现过程可以追溯到20世纪80年代，当时原子力显微镜（AFM）的发明为科学家们提供了观测和操作单个原子级别的物质的新工具。
借助原子力显微镜，研究人员首次成功观察到单层石墨烯的结构。
这一发现为后续的研究奠定了基础。
2004年，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫利用胶带剥离法成功制备出单层石墨烯，这一突破性成果使他们荣获2010年诺贝尔物理学奖。
这一发现标志着石墨烯研究进入一个新的阶段。
石墨烯的特性使其在众多领域具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯具有极高的机械强度，是迄今为止发现的强度最高的材料。
其次，石墨烯具有良好的导电性和热传导性，可应用于电子器件、散热器和柔性显示屏等领域。
此外，石墨烯还具有优异的光学性能，可用于开发高性能的光学器件。
在我国，石墨烯研究也取得了显著的进展。
众多科研团队在石墨烯的制备、性能研究和应用开发方面取得了世界领先的成绩。
政府也对石墨烯产业给予了高度重视，制定了一系列政策扶持措施。
如今，我国已成为全球石墨烯产业的重要基地。
石墨烯发展历程
石墨烯发展历程石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构，具有极高的导电性、导热性和机械强度，被誉为“未来材料之王”。
石墨烯的发现和研究历程可以追溯到20世纪60年代，但直到2004年才被成功分离出来，随后引起了全球科学界的广泛关注和研究。
石墨烯的发现石墨烯的发现可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们通过电子显微镜观察到了一种由碳原子构成的薄膜结构，但由于当时技术条件的限制，无法对其进行深入的研究和应用。
直到2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地将石墨烯从石墨中分离出来，并发现了其独特的物理和化学性质，这一发现被誉为“二十一世纪最重要的科学发现之一”。
石墨烯的研究自石墨烯被发现以来，全球科学界对其进行了广泛的研究和探索。
研究表明，石墨烯具有极高的导电性、导热性和机械强度，可以应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
此外，石墨烯还具有良好的光学性质和化学稳定性，可以应用于光电器件、催化剂等领域。
石墨烯的应用随着石墨烯的研究不断深入，其应用领域也在不断扩展。
目前，石墨烯已经应用于电子器件、传感器、储能材料、光电器件、催化剂等领域。
其中，石墨烯在电子器件领域的应用最为广泛，可以用于制造高性能的晶体管、集成电路等器件。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，具有广阔的应用前景。
石墨烯的未来石墨烯作为一种具有广泛应用前景的新型材料，其未来发展前景十分广阔。
随着石墨烯的研究不断深入，其应用领域也将不断扩展。
未来，石墨烯有望应用于更多的领域，如生物医学、环境保护等领域。
此外，石墨烯的制备技术也将不断改进和完善，使其在工业化生产中得到更广泛的应用。
总结石墨烯的发现和研究历程可以追溯到20世纪60年代，但直到2004年才被成功分离出来。
自此以后，全球科学界对石墨烯进行了广泛的研究和探索，发现了其独特的物理和化学性质，并将其应用于电子器件、传感器、储能材料、光电器件、催化剂等领域。
石墨烯发现的故事
石墨烯发现的故事（最新版3篇）目录（篇1）1.石墨烯的发现背景2.石墨烯的制备过程3.石墨烯的应用前景4.石墨烯的未来发展正文（篇1）一、石墨烯的发现背景石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的物理和化学性能，可用于制造超薄电子设备、高效太阳能电池和其他高科技应用。
自从石墨烯被发现以来，科学家们一直在努力探索其制备和应用。
二、石墨烯的制备过程1.石墨烯的制备技术2.石墨烯晶体结构的稳定控制3.石墨烯大规模制备的问题三、石墨烯的应用前景1.石墨烯在电子设备中的应用2.石墨烯在太阳能电池中的应用3.石墨烯在其他领域的应用前景四、石墨烯的未来发展1.石墨烯制备技术的改进和优化2.石墨烯在其他领域的应用研究3.石墨烯产业的发展趋势和挑战石墨烯是一种具有巨大潜力的新型材料，它的发现和制备不仅开启了新的材料科技领域，也为未来的高科技应用带来了无限的可能性。
目录（篇2）1.石墨烯的发现背景2.石墨烯的制备过程3.石墨烯的应用前景4.石墨烯的未来发展正文（篇2）一、石墨烯的发现背景石墨烯是一种由碳原子形成的单层二维材料，具有超强的强度、导电性和导热性。
自2004年被科学家发现以来，石墨烯引起了全球范围内的广泛关注。
在许多领域，如能源、医学、电子等，石墨烯都具有广泛的应用前景。
二、石墨烯的制备过程石墨烯的制备通常需要将石墨材料进行剥离，使其成为单层石墨烯。
这个过程需要极高的技术和设备，因为单层石墨烯非常脆弱，很容易被破坏。
目前，科学家们已经开发出多种制备石墨烯的方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法和氧化还原法等。
三、石墨烯的应用前景1.能源领域：石墨烯可以用于提高电池和超级电机的能量密度，同时也能够用于制造高效的太阳能电池板。
2.医学领域：石墨烯可以用于制造药物输送系统和组织工程支架，帮助治疗癌症等疾病。
3.电子领域：石墨烯可以用于制造超导电路和柔性显示器，还可以用于制造高效传感器和气体探测器。
四、石墨烯的未来发展随着技术的不断进步，科学家们正在不断探索新的方法来制备高质量的石墨烯材料。
石墨烯发现过程
石墨烯发现过程石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体结构材料，具有极高的导电性和强度，被誉为“二十一世纪的奇迹材料”。
石墨烯的发现过程是一个曲折而令人惊叹的故事。
2004年，曾获得诺贝尔物理学奖的英国物理学家安德鲁·盖门和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，与他们的学生安德烈·赫姆尔和谢尔盖·诺沃肖洛夫在实验室进行了一项名为“机械剥离”的实验。
他们使用一块胶带，反复剥离一块石墨试样的表面，希望能够得到更薄的碳层。
然而，他们在实验中发现，无论剥离多少次，最终得到的都是一个只有一个原子厚度的碳层。
这个层就是石墨烯。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注。
人们意识到，这种材料具有许多惊人的物理和化学特性，可能会对电子学、光学、能源等领域带来革命性的变革。
因此，盖门和诺沃肖洛夫的发现被授予了诺贝尔物理学奖。
接下来的几年里，科学家们对石墨烯的性质进行了深入研究，并试图开发出制备石墨烯的新方法。
他们发现，除了机械剥离外，还可以使用化学气相沉积、溶液剥离等方法制备石墨烯。
这些新方法大大提高了石墨烯的制备效率和质量，为石墨烯的应用研究提供了更多可能性。
石墨烯的发现也催生了一系列的研究领域和应用。
在电子学领域，石墨烯的高导电性使其成为制备高性能晶体管和传感器的理想材料。
在光学领域，石墨烯的宽带隙和高透明性使其成为制备高效光伏器件和柔性显示屏的理想选择。
此外，石墨烯还具有出色的热传导性能和机械强度，可应用于能源储存、复合材料和生物医学等领域。
然而，石墨烯的大规模制备和应用仍然面临许多挑战。
首先，目前制备石墨烯的方法仍然相对复杂和昂贵，需要进一步改进和优化。
其次，石墨烯的性质和应用仍然存在许多未知的领域，需要更多的研究和探索。
最后，石墨烯的商业化应用还面临市场需求和成本等方面的考量。
石墨烯的发现过程是一个充满挑战和机遇的故事。
科学家们通过不断的实验和研究，最终发现了这种具有独特性质的材料，并为其应用研究开辟了新的道路。
石墨烯的应用现状及发展
石墨烯的应用现状及发展石墨烯是一种由碳原子形成的二维薄膜，具有单层结构、高比表面积、强的力学特性和电学特性等优良性质。
自2004年石墨烯被发现以来，人们已经发现了其在许多领域的广泛应用前景，包括电子学、能源、生物医学、化学催化和材料等领域。
本文将就石墨烯的现状及未来发展做一个概括性介绍。
1. 电子学应用石墨烯是电子迁移速度最快的材料之一，这使得石墨烯在电子学领域具有广阔的应用前景。
石墨烯的电学性质主要基于电荷移动和相互作用，它在高频电子器件、太阳能电池、柔性电子学和传感器等应用方面都有潜力。
2. 能源应用石墨烯的高电导性和低电子转移电阻使其成为能源存储材料的理想候选者。
石墨烯和其衍生物已在超级电容器、锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等能源体系中被成功应用，同时还有石墨烯纳米线、石墨烯石墨烯氧化物等材料也正逐渐被广泛应用于新型能源系统中。
3. 生物医学应用石墨烯因其具有优异的生物相容性、生物功能化进一步拓展了它在生物医学领域的应用。
石墨烯在生物成像、控制释放和药物传递等方面发挥着重要作用。
石墨烯的电学和热学性质、强半导体特性使其成为一种重要的生物传感器，被用于在应用生物医学和生化传感领域的研究。
4. 化学催化石墨烯的高比表面积和化学稳定性赋予了它在催化领域的应用潜力。
石墨烯可以与不同的催化剂相结合形成多种复合材料，这些复合物在氧化还原催化、光催化和热催化等领域中拥有良好的应用前景，可以在催化剂的降低、催化过程的高选择性和催化剂重复利用等方面发挥重要作用。
5. 材料应用石墨烯的高比表面积和高电导率使得它成为一种理想的复合材料和增强材料，目前已经被广泛应用于汽车和航空领域等。
石墨烯纳米管等复合材料已经被用于制备纳米传感器，同时在消费电子、高性能运动器材等领域得到了广泛应用。
石墨烯的应用前景非常广泛，但是现有工艺、设备等硬件条件限制了大规模石墨烯材料的生产。
同时，石墨烯具有较高的价格，这也限制了其在一定程度上的应用。
石墨烯发现的故事
石墨烯发现的故事
石墨烯，一种只有一个原子层厚的二维材料，近年来在全球范围内备受关注。
其独特的光滑表面、高强度、导电性和超薄特性使其在科学研究和应用领域具有广泛的前景。
石墨烯的发现故事充满了传奇色彩，今天我们就来回顾一下这一重要的科学历程。
石墨烯的发现可以追溯到2004年，当时安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功实验制得石墨烯。
他们采用胶带剥离法制备出这种只有一个原子层厚的材料，这一突破性成果使他们荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的发现为全球科学家打开了一个全新的研究领域，激发了人们对二维材料的研究热情。
石墨烯的特性使其在众多领域具有广泛应用。
首先，石墨烯具有极高的强度和韧性，是目前已知强度最高的材料。
这一特性使其在航空航天、汽车制造等高强度结构件领域具有巨大潜力。
其次，石墨烯具有良好的导电性，可以应用于高性能电子器件的制造。
此外，石墨烯还具有优异的热传导性能，有望解决现代电子设备散热问题。
石墨烯的发现对于我国科技发展具有重要意义。
我国政府高度重视石墨烯产业的发展，将其列为战略性新兴产业。
近年来，我国石墨烯研究取得了世界领先的成果，推动了石墨烯材料的产业化进程。
在新能源、智能制造、生物医疗等领域，石墨烯的应用正在逐步改变我们的生活。
总之，石墨烯的发现不仅为科学研究提供了新的方向，也为我国科技发展带来了前所未有的机遇。
石墨烯 发现过程
石墨烯发现过程摘要：一、石墨烯的发现背景二、石墨烯的发现过程三、石墨烯的重要性和应用前景正文：石墨烯是一种单层的、由碳原子构成的二维晶体，它是目前世界上最薄、最坚硬、导电性能最好的纳米材料之一。
石墨烯的发现过程充满了偶然和惊喜，下面我们来了解一下石墨烯的发现过程以及它的重要性和应用前景。
石墨烯的发现背景可以追溯到20 世纪40 年代，当时科学家们发现了石墨这种材料，并指出石墨中每个碳原子只与周围三个碳原子形成化学键，这种特殊的结构使得石墨具有良好的导电性和其他优异的性能。
然而，由于石墨的层间相互作用力较弱，剥离出单层的石墨非常困难，因此长期以来，石墨烯被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。
直到2004 年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫改变了这一观念。
他们通过一种简单易行的方法，从石墨中分离出单层的石墨烯。
具体过程是，他们将石墨放入一种特殊的胶带上，然后撕开胶带，这样就能把石墨片一分为二，得到单层的石墨烯。
这一突破性的发现为他们赢得了2010 年的诺贝尔物理学奖。
石墨烯的诞生引起了科学界的广泛关注，因为它具有许多令人瞩目的性质。
首先，石墨烯是透明的，只吸收2.3% 的光，这意味着它可以用作高透光性的材料。
其次，石墨烯具有很高的强度和韧性，是目前已知最坚硬的纳米材料之一。
此外，石墨烯的导电性能极好，甚至超过了铜的导电性能。
这些优异的性能使得石墨烯在许多领域都有广泛的应用前景。
目前，石墨烯已经广泛应用于制备多功能分离膜、高导高强纤维、超轻超弹性气凝胶等多种功能材料。
在电化学储能、催化、生物医药、复合材料等方面，石墨烯也表现出良好的应用前景。
石墨烯的结构及性质、用途
石墨烯的结构及性质、用途一、石墨烯的发现2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯。
海姆石墨烯和他的同事偶然中发现了一种简单易行的新途径。
他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。
不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。
斯德哥尔摩2010年10月5日电瑞典皇家科学院5日宣布，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，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。
二、石墨烯结构石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。
它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯在原子尺度上结构非常特殊，必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
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，石墨毡石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
三、石墨烯的性质石墨烯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)，的性石墨烯晶体质和相对论性的中微子非常相似。
为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质，我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一些了解。
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石墨烯的发现与发展摘要:2004 年,石墨烯横空出世,轰动世界。
如今已过去五年,对石墨烯的研究热度依然不减。
本文诣在回顾石墨烯的发现与发展,论述石墨烯目前面临的机遇与挑战,并展望石墨烯有可能带给我们的更加光明的未来关键词:石墨烯,电子迁移率,能隙,晶体管,非电子效应,功能化一、石墨烯的发现关于石墨烯存在的可能性,科学界一直有争论。
早在1934年,Peierls就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性,在室温环境下会迅速分解或拆解。
1966年,Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理论,指出长的波长起伏也会使长程有序的二维晶体受到破坏。
因此二维晶体石墨烯只是作为研究碳质材料的理论模型,一直未受到广泛关注。
直到2004年,来自曼彻斯特大学的Andre Geim和Konstantin Novoselov 首次成功分离出稳定的石墨烯,而他们分离的方法也极为简单,他们把石墨薄片粘在胶带上,把有粘性的一面对折,再把胶带撕开, 这样石墨薄片就被一分为二。
通过不断地重复这个过程,片状石墨越来越薄, 最[1,2,3]终就可以得到一定数量的石墨烯。
二、石墨烯的结构理想的石墨烯结构是平面六边形点阵,可以看作是一层被剥离 2的石墨分子,每个碳原子均为sp 杂化,并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键,π电子可以自由移动,赋予石墨烯良好的导电性。
[1]二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元图。
例如,石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成,而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。
当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时,石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。
实际中的石墨烯并不能有如此完美的晶形。
2007年, J. C. Meyer等人在TEM中利用电子衍射对Graphene进行研究时, 发现了一个有趣的现象:当电子束偏离Graphene表面法线方向入射时, 可以观察到样品的衍射斑点随着入射角的增大而不断展宽。
并且衍射斑点到旋转轴的距离越远,其展宽越严重。
这一现象在单层样品中最为明显,在双层样品中显著减弱, 而在多层样品中则观察不到。
图单层Graphene在不同电子束入射角下的衍射图样J. C. Meyer等人对他们观察到的这一现象提出了理论模型:石墨烯并不是绝对[7]的平面,而是存在一定的小山丘似的起伏。
随后,Meyer等人又研究了单层石墨烯和双层石墨烯表面的褶皱,发现单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯,褶皱程度随着石墨烯层数而减小。
Meyer等推测这是因为单层石墨烯为降低[1,4,11]其表面能,由二维向三维形貌转换,褶皱是二维石墨烯存在的必要条件。
三、石墨烯的制备1微机械分离法这类方法是通过机械力从石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。
Novoselov即是采用这种办法来制备石墨烯,这种方法产生的石墨烯晶体结构较为完整,缺陷较少,可用于实验。
然而这种方法的致命弱点是无法控制单层石墨烯的尺寸大小,[2,4]无法应用于实践。
2氧化石墨还原法与石墨相比,氧化石墨由于拥有大量的羟基、羧基等基团,亲水性较好。
氧化石墨经过适当的超声波震荡处理,极易在水溶液或者有机溶剂中分散成均匀的单层氧化石墨悬浊液。
将氧化石墨与水以1mg/mL的比例混合,用超声波震荡至溶液清晰无颗粒状物质,加入适量肼在100?回流24h,会产生悬浮的石墨烯片,这些石墨烯片可以沉淀在可弯曲的衬底顶部。
这种方法可以大量生产石墨烯,然而[2,4,5]被氧化的石墨难以被完全还原,将导致石墨烯某些性质(如导电性)的不足。
3加热SiC法通过加热单晶6H-SiC脱除Si,从而得到在SiC表面外延的石墨烯。
将表面经过氧化或H 蚀刻后的SiC在高真空下通过电子轰击加热到1000?以除掉表面的氧2化物,升温至1250?~1450?,恒温1~20min,形成石墨烯薄片,其厚度由加热温度决定。
这种方法得到的石墨烯有两种,物理性质受SiC衬底的影响很大,一种是生长在Si层上的石墨烯,由于和Si层接触,这种石墨烯的导电性受到较大影响,而生长在C层上的石墨烯则有着极为优良的导电能力。
但这种方法制造的石[4,6]墨烯难以被从SiC衬底上分离出来,不能成为大量制造石墨烯的方法。
4化学气相沉积法化学气相沉积法是半导体工业中最为常用的沉积技术。
其原理是将一种或多种气态物质导入到一个反应腔里进行化学反应,生成一种新的物质沉积在衬底表面。
中科院化学研究所发明了一种方法。
将带有催化剂的衬底放入无氧反应器中,使衬底温度达到500~1200?,向所属反应容器充入含碳物质,得到石墨烯。
催化剂为金属或金属化合物。
可为金、银、铜、锌、铁、钴、镍、硫化锌、氧化锌、硝酸铁、氯化铁、氯化铜中的一种或任意组合。
含碳物质可为一氧化碳、甲烷、[12]乙炔、乙醇、苯、甲苯、环己烷或酞菁中的一种或任意组合。
韩国成均馆大学的洪秉熙领导的一个研究组生产出了高纯度石墨烯薄膜,把它们贴在透明可弯曲的聚合物上,制成一个透明电极。
这种电极可以取代显示器上现在所使用的透明电极,价格却比现在通常用的氧化铟便宜的多。
首先,他们在硅衬底上添加一层300纳米厚的镍。
然后,他们在1000摄氏度的甲烷中加热这一物质,再将它迅速降至室内温度。
这一过程能够在镍层的上部沉积出6或10层[13]石墨烯。
用制作镍层图形的方式,制备出图形化的石墨烯薄膜。
Srivastava等[46]采用微波增强化学气相沉积法,在Ni包裹的Si衬底上生长出了20nm左右厚度的花瓣状的石墨片,也有一些其他的科学家利用类似方法制造[2,11]出了石墨烯。
化学气相沉积法是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法。
由于有着广泛应用范围,而且,生产工艺十分完善,因此,它被认为是最有前途的大规模制备石墨烯片的方法。
但目前使用该方法制备石墨烯片仍有一些不足之处亟待解决。
例如,研究表明,目前使用这种方法得到的石墨烯片在某些性能上如输运性能可以与机械剥离法制备的石墨烯相比,但后者所具有的另一些属性如量子霍尔效应并没有在化学气相沉积法制备的石墨烯中观测到。
同时,化学气相沉积法制备的石墨烯的电子性质受衬底的影响很大,这也是有待解[2,9]决的一个问题。
从这些制造方法中可以看出,石墨烯的制造工艺正日渐成熟,化学气相沉积法已经能制出面积达若干平方厘米的样品,使得石墨烯的未来更加光明。
四、石墨烯的性质1、电子效应石墨烯一经发现,研究热潮接踵而至。
在石墨烯领域,研究最深的是石墨烯的电性质。
原因应该是石墨烯无与伦比的高电子迁移率。
最先分离出石墨烯,来自曼彻斯特的小组测量了他们分离出的单层石墨烯分子的电子迁移率,发现电荷2在石墨烯中的迁移速率达到10000cm/vs,这个测量结果还是在未除去杂质与衬底,保持室温的条件下进行。
相比之下,现代晶体管的主要材料硅的电子迁移率2不过1400 cm/vs。
当然,这个数据记录并没有保持多久,在2008年,由Geim和他同事领导的小组声称电子在石墨烯中迁移速率可以到达前所未有的2000002cm/vs。
而不久之后,来自哥伦比亚大学的Kirill Bolotin将这个数值提高到2250000 cm/vs,超过硅100倍以上。
石墨烯在电子迁移率上另一个优异性质是它的迁移率大小几乎不随温度变化而变化。
电子迁移率之所以受温度影响,是因为电子在传递过程中受晶体晶格震动的散射作用,导致电子迁移率降低,而晶格震动的强度与温度成正比。
即温度越高,电子迁移率越低。
然而石墨烯的晶格震动对电子散射很少,几乎不受温度变化影响,马里兰大学的研究人员在50K和500K之间测量了单层石墨烯的电子迁移率,发现无论温度如何变化,电子迁移率大约2 [3,4]都是15000 cm/vs。
石墨烯的超强导电性与它特殊的量子隧道效应有关。
量子隧道效应允许相对论的粒子有一定概率穿越比自身能量高的势垒。
而在石墨烯中,量子隧道效应被发挥到极致,科学家们在石墨烯晶体上施加一个电压(相当于一个势垒) ,然后测定石墨烯的电导率。
一般认为,增加了额外的势垒,部分电子不能越过势垒,使得电导率下降。
但事实并非如此,所有的粒子都发生了量子隧[8]道效应,通过率达 100%。
这是石墨烯极高载流速率的来源。
与光子类似,石墨烯中的电子没有静止质量。
二者另外一个相似之处是它们的速度与动能无关,均为常数。
没有静止质量也导致石墨烯中的电子行为符合相对论化的狄拉克电子方程,而薛定谔方程对其则不适用。
石墨烯还呈现出量子霍[5]尔效应,并且与众不同的是,石墨烯的量子霍尔效应能在室温下被观测到。
2.非电子效应除了特殊的电子效应,石墨烯的非电子效应也同样值得关注。
石墨烯的导热能力出众,达到了5000W/m?k,是金刚石的五倍。
而在石墨烯发现以前,金刚石是已知自然界中热导率最高的。
同时石墨烯还是现在世界上已知的最为坚固的材料,在石墨烯样品微粒开始碎裂前,其每100纳米距离上可承受的最大压力达到约2.9微牛。
这一结果相当于,施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。
除了强度高,石墨烯还同时展现出高柔韧性与脆性这两个相互矛盾的性质,这一点史无前例,同样前无古人的发现是石墨烯不容许任何气体通过,可以说是隔绝气体的优良材料。
不过关于非电子效应,我们甚至不知道石墨烯的熔点,也不知[1,5]道它如何熔化的,这源于石墨烯极小的尺寸。
3.化学性质石墨烯的电子性质受到了广泛关注,然而石墨烯的化学性质却一直无人问津,我们至今关于石墨烯化学知道的是:类似石墨表面,石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子(例如:二氧化氮,氨,钾)。
这些吸附物往往作为给体或受体并导致载流子浓度的变化,石墨烯本身仍然是高导电。
其他的吸附物,如氢离子和氢氧根离子则会导致导电性很差的衍生物,但这些都不是新的化合物,只是石墨烯装饰不同吸附物而已。
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。
第一个功能化石墨烯的例子是graphane:它由二维的碳氢化合物的一个氢原子连接到石墨烯的每个六边形格而成。
除了氢原子,许多其他功能化机团也不失为寻找新型石墨烯复合材料的选择。
“石墨纸”是一个受人瞩目的例子:由未功能化的石墨烯薄片产生的石墨纸多孔、非常脆弱;然而,由致密氧化的石墨烯产生的石墨纸则坚硬强韧。
除功能化外,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。
这一点未得到解决,研究石墨烯化[5]学将面临重重困难。
五、石墨烯的应用1、计算机芯片材料石墨烯中电子与空穴的行为方式与一般的半导体不同,在一般半导体中,电子与空穴的动能与它们速度的平方成正比;而在石墨烯中,电子与空穴的速度与动能无关,而保持一个恒定值不变。