石墨烯导电原因
胜多负少
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，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
[编辑本段]石墨烯特性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”(el ectric charge carrier)，的性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。
经典物理学中，一个能量较低的电子遇到势垒的时候，如果能量不足以让它爬升到势垒的顶端，那它就只能待在这一侧；在量子力学中，电子在某种程度上是可以看作是分布在空间各处的波。
当它遇到势垒的时候，有可能以某种方式穿透过去，这种可能性是零到一之间的一个数；而当石墨烯中电子波以极快的速度运动到势垒前时，就需要用量子电动力学来解释。
量子电动力学作出了一个更加令人吃惊的预言：电子波能百分百地出现在势垒的另一侧。
以下实验证实了量子电动力学的预言：事先在一片石墨烯晶体上人为施加一个电压（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，电阻也会随之增加，但事实并非如此，因为所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。
石墨烯性质-表面等离子体
1 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。
2、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。
3、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。
4、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，室温下传导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5、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。
石墨烯功函数
石墨烯功函数中的特定函数1. 功能介绍石墨烯功函数中的特定函数是用来描述石墨烯材料中的电子能级分布和电子行为的函数。
通过计算和分析这些特定函数，可以了解石墨烯材料的电子结构、导电性质以及与其他材料的界面相互作用等重要信息。
这些特定函数在石墨烯相关研究领域具有广泛的应用，包括电子输运、器件设计和材料工程等方面。
2. 常见的特定函数2.1 密度态密度（Density of States, DOS）密度态密度（Density of States, DOS）是描述材料中电子能级分布的函数。
对于石墨烯材料来说，密度态密度函数表示了在给定能量范围内每个能级上的电子数目。
通过计算密度态密度函数，可以了解石墨烯中的能带结构、能级分布以及电子行为等信息。
在石墨烯中，由于其特殊的晶格结构和电子能带结构，密度态密度函数呈现出特殊的形态。
石墨烯的能带结构包括两个能带，分别是价带和导带，它们在费米能级附近相交，形成两个锐利的能带峰。
在费米能级附近，石墨烯的密度态密度函数呈现出线性关系，即呈现出线性色散关系。
这种特殊的线性色散关系是石墨烯具有优异电子输运性能的重要原因之一。
2.2 偏态密度（Partial Density of States, PDOS）偏态密度（Partial Density of States, PDOS）是描述材料中特定原子或分子轨道上电子能级分布的函数。
在石墨烯材料中，偏态密度函数用于描述石墨烯中不同原子轨道上的电子能级分布。
通过计算偏态密度函数，可以了解不同原子轨道上的电子密度和电子行为等信息。
石墨烯是由碳原子构成的，因此石墨烯的偏态密度函数主要描述碳原子轨道上的电子能级分布。
在石墨烯中，碳原子的3个p轨道参与形成π键，而s轨道和另外两个p轨道不参与键合。
因此，石墨烯的偏态密度函数主要包括s轨道和p轨道的贡献。
通过计算和分析石墨烯的偏态密度函数，可以了解碳原子轨道上的电子密度和电子行为，进而揭示石墨烯的电子结构和导电性质等重要信息。
石墨烯与六方氮化硼导电性差异的理论研究
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 364收稿：2023-07-12；录用：2023-08-31；网络发表：2023-10-09*通讯作者，Email:*******************.cn基金资助：国家级一流本科课程“结构化学”建设项目(2020年度)；河北省高等教育教学改革研究与实践项目(2022GJJG139)；国家自然科学基金(21973027)•自学之友• doi: 10.3866/PKU.DXHX202307033 石墨烯与六方氮化硼导电性差异的理论研究李晓艳，刘晴，钟雨芙，罗培研，曾艳丽*河北师范大学化学与材料科学学院，石家庄 050024摘要：石墨烯和六方氮化硼(h-BN)属于等电子体。
二者具有类似的结构，但导电性能截然不同。
石墨烯具有良好的导电性能，但h-BN 是电绝缘体。
本文基于量子化学计算，通过自然键轨道分析、电子密度拓扑分析、核独立化学位移(NICS)和磁感应电流密度(AICD)等方法对模型分子C 24H 12及B 12N 12H 12的电子结构进行了分析，对石墨烯和h-BN 导电性差异进行了理论解释。
研究结果有助于加深学生对等电子体、定域、离域π键等基本概念的理解。
关键词：石墨烯；六方氮化硼；导电性中图分类号：G64；O6Theoretical Study on the Conductivity Differences between Graphene and Hexagonal Boron NitrideXiaoyan Li, Qing Liu, Yufu Zhong, Peiyan Luo, Yanli Zeng *College of Chemistry and Materials Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China.Abstract: Graphene and hexagonal boron nitride (h-BN) are isoelectronic materials. Depite their similar structures, they exhibit stark differences in electrical conductivities. Graphene is an excellent conductivity, while h-BN is an insulator. Based on the quantum chemistry calculations, the electronic structures of model molecules, C 24H 12 and B 12N 12H 12, have been studied by the topological analysis of electron density, natural bond orbital analysis, nucleus-independent chemical shift, and magnetic induced current density analysis. The study provides theoretical explanations for the conductivity differences between graphene and h-BN. These findings can enhance students’ understanding of the fundametal concepts such as isoelectronic species, localization and delocalized π bond.Key Words: Graphene; Hexagonal boron nitride; Electrical conductivity等电子原理在中学化学和大学化学中均是一个很重要的概念[1]，具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，称为等电子原理，满足等电子原理的微粒称为等电子体。
玻璃钢型材加石墨烯的作用
玻璃钢型材加石墨烯的作用玻璃钢型材加石墨烯，听起来是不是有点科幻感？一说起来，好像是电影里才有的高科技材料，事实上，这个组合在很多领域已经悄悄走进了我们的生活，像是“隐形的超能英雄”，没有特别张扬，但却强大到让人惊叹。
你可能会想，玻璃钢这种材料本来就挺牛的，怎么加了石墨烯就变得更厉害了呢？说起石墨烯，它可是近些年科技圈的“宠儿”，听名字就知道，它的外表和石墨有点像，但在性能上完全是两回事。
你看看，石墨烯薄得像纸，但却能比钢铁还坚固，导电、导热、抗压啥都能做，简直是现代版的“全能选手”。
要是拿玻璃钢和石墨烯做个组合，那就真的是把“最强大脑”和“钢铁意志”结合起来了，能想象得出它有多厉害吗？玻璃钢型材大家应该不陌生，它的全名是玻璃纤维增强塑料，简而言之，就是用玻璃纤维来加强塑料的强度。
这个材料本身就有很强的耐腐蚀性、轻便、抗压，做出来的制品坚固又不重，拿到哪儿都能感觉到它的存在。
不过吧，玻璃钢也有个小小的缺点，就是它的强度、刚性啥的，虽然已经比一般塑料强得多，但毕竟和金属材料还是有差距的。
这个时候，如果我们把石墨烯融入进去，情况就完全不同了。
石墨烯加进去，玻璃钢型材就变成了“神仙搭档”，不仅强度和韧性大大提升，而且能有效改善它的导电性、导热性，简直是让玻璃钢型材焕发了第二春。
再简单点说，玻璃钢原本的“铁血硬汉”被石墨烯加持后，变得更有智慧、更具柔韧性了。
说到石墨烯，它其实是一种碳元素的单层原子结构，看起来就像一张极薄的蜂窝状网格，轻巧到无与伦比，但它的强度却是你想象不到的。
就像一个看起来娇弱的小姑娘，穿上防弹衣之后就变成了超级女英雄。
石墨烯的这个特性，简直是为玻璃钢量身定做。
如果说玻璃钢是一个好拳手，石墨烯就是那个拿着“超能力”的教练，一传一接之间，玻璃钢的表现可以说是跃上了一个全新的台阶。
你想，既能像钢铁一样坚硬，又能像橡胶一样弹性十足，这不就是理想中的万能材料吗？石墨烯的导电性也是一大亮点，玻璃钢型材加了它以后，导电性能直接翻倍。
石墨烯导电油墨
石墨烯导电油墨1. 概述石墨烯导电油墨是一种利用石墨烯材料制备的导电墨水，在电子行业、印刷设备和柔性电子产品中具有广泛的应用。
本文将深入探讨石墨烯导电油墨的制备方法、特性以及应用前景。
2. 制备方法石墨烯导电油墨的制备方法多种多样，以下介绍几种常见的方法：2.1 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的石墨烯制备方法。
该方法通过在高温下使碳源气体分解，从而在基底上生长石墨烯层。
制备出的石墨烯可以具有高度的结晶性和良好的导电性能。
2.2 化学剥离法化学剥离法是一种将石墨烯层从石墨材料中剥离出来的方法。
该方法通常通过在石墨表面涂覆一层功能化剥离剂，然后在化学处理中将剥离剂与石墨结构分离，得到石墨烯层。
这种方法制备的石墨烯通常具有较高的质量。
2.3 机械剥离法机械剥离法是通过机械手段将石墨材料剥离成薄层的方法。
这种方法通常利用粘性带或者刮刀等工具对石墨进行扣除，逐渐剥离出薄的石墨烯层。
这种方法简单易行，但是制备出的石墨烯层质量相对较低。
3. 特性石墨烯导电油墨具有以下特性：3.1 高导电性石墨烯具有非常高的电子迁移率和导电性，可以作为优秀的导电材料。
石墨烯导电油墨中的石墨烯片层可以形成连续的导电网络，从而实现高导电性。
3.2 良好的柔性石墨烯导电油墨可以制备出具有良好柔性的导电薄膜，适用于柔性电子产品的制备。
这种导电薄膜可以被弯曲、折叠而不影响其导电性能，大大拓展了电子产品的应用范围。
3.3 可调控性石墨烯导电油墨的导电性能可以通过控制石墨烯浓度、材料形态等参数来进行调控。
这种可调控性使得石墨烯导电油墨可以根据不同需求制备出具有不同导电性能的导电薄膜。
3.4 环保性相比传统的导电材料，石墨烯导电油墨具有更低的环境污染和生产成本。
石墨烯是一种天然材料，制备工艺中不需要添加有害物质，对环境友好。
4. 应用前景石墨烯导电油墨在电子行业和柔性电子产品中具有广阔的应用前景。
4.1 电子行业石墨烯导电油墨可以制备用于印刷电路板和柔性显示器的导电薄膜。
石墨烯简介2
三、石墨烯制备
• 液相剥离法 通常直接将石墨或膨胀石墨（快速升温至1000℃去除表
面含氧基团获得）加入某种有机溶剂或水中，通过超声、加 热等作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。
三、石墨烯制备
二、石墨烯特性
特性
简述
力学性能
石墨烯是人类已知强度最高的物质，杨氏模量E=1TPa，拉 伸强度130Gpa
导电性能
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。在室温，石墨烯具有惊人的高电子迁移 率（electron mobility），其理论数值200000 cm2V−1s−1
导热系数
石墨烯的热导率约为5000 W/mK，是室温下铜的热导率（4 01 W/mK）的10倍多。
化学性质 光学特性
石墨烯具有与石墨相似的表面特性, 可以吸附各种原子和分 子。
单层石墨烯的可见光透过率97.7%，且与波长无关。因此自 由悬浮的石墨烯是高度透明且无色无味的。
二、石墨烯特性
• 力学性能：
石墨烯OM照片
OM照片对比度图像
Ni Z.H., Wang H.M., Kasim J., et al. Nano Letters, 2007, 7(9): 2758-2763.
四、石墨烯检测
• 原子力显微镜
AFM能准确反映样品表面纳米级别的厚度变化，衬底上单层 石墨烯厚度在0.8-1.2nm之间，第二层在0.33nm。
三、石墨烯制备
• 化学气相沉积法（CVD） • 常见衬底：Ni（a），Cu（b）
Li X., Cai W., Colombo L., et al. Nano Letters, 2009, 9(12): 4268-4272.
石墨烯导电油墨
石墨烯导电油墨
石墨烯导电油墨是一种新型的导电材料，它由石墨烯和一定比例的有
机溶剂、表面活性剂等组成。
石墨烯是一种单层碳原子构成的二维晶体，在导电性和力学性能上具有优异的特性，因此被广泛应用于导电
油墨、电子元件制造等领域。
石墨烯导电油墨有着多种优势。
首先，它具有优异的导电性，能够实
现高比例的碳黑替代，从而提高油墨的成本效益。
其次，石墨烯导电
油墨具有优异的耐久性和稳定性，可以保证印刷品的长期效果。
此外，这种油墨具有良好的适应能力，可以适用于不同类型的材料表面。
由于石墨烯导电油墨具有上述优点，因此在很多领域得到广泛应用。
它可以用于印刷电子线路和触摸屏等元件，同时还可以应用于柔性电
子和可穿戴设备的制造中。
随着人们对于电子产品多样化需求的不断
增加，石墨烯导电油墨的应用前景将会越来越好。
当然，石墨烯导电油墨的应用还面临一些挑战。
目前石墨烯的生产成
本还比较高，而石墨烯导电油墨的价格也相对较高，使得它在一些大
规模应用上受到限制。
此外，石墨烯的处理和应用还需要专业的技术
支持，缺乏专业技术人才的领域也在应用上有些不足。
这些问题需要
通过技术创新和人才培养来解决。
总的来说，石墨烯导电油墨是一种非常有前景的新材料，在电子制造领域有着广泛的应用。
通过不断的技术创新和人才培养，相信石墨烯导电油墨的应用前景将越来越好。
石墨烯及其复合材料导热性能的研究现状
可使石墨烯与 S i衬底的热耦合作用很小。所以 热波在石墨烯悬空部分上产生后向散热片扩散。
经多次试验将实验中的激光波长选择为 488nm。
SLG 上的热扩散具体模式不明确, 其取决于
薄片及其边界形状。径向热流从两个方向向沟
槽边缘传输, 即从悬空薄片的中间部分向其边界
传播及平面波从两个相反方向向沟槽边缘传播。
碳材料
GTS( 导热石墨片 ) CNT ( s) 金刚石 石墨烯
1500~ 1700 3000~ 3500 1000~ 2200 4000~ 6600
其它
硅胶
1~ 3
碳材料的导热性能受材料微晶结构, 组成相 种类及 sp2 / sp3 无序程度 等因素的影响, 且二维 材料的导热系数较难测试, 需测试其平面及横向 阻力, 几何结构等 [ 10] 。
的热传输理论模拟与分析仍 然处于探索中。已 知的可 行性方法包括 F ourier定律的数解, 以及 基于波尔兹曼 Bo ltzm ann传输方程和分子动力学 M o lecular dynam ics ( MD) 模拟的分析方法都存在 各自局限性。当材料的尺寸降至纳米尺度时, 温 度也变得较不稳定。在平衡系统中, 温度是基于 材料的平均能量做出的定义, 对于石墨烯等纳米 系统, 材料的尺寸太小, 很难 确定局部温度。所 以不能将平衡条件下的温度概念运用于纳米材 料, 以至于较 难进行 纳米尺 度的热 传导的 理论 分析。
到石墨烯片中间部分温度的 升高。在距离沟槽
边缘 9~ 10 m 处的大尺寸石墨片在测试模型中
96 充当散热片。
材料开发与应用
2010年 12月
图 1 单层石墨烯导热系数的非接触光学测试模型
由于使用的是低功率激光, 所以散热片温度 在实验过程中保持恒定。部分悬空石墨烯的微
石墨烯导电浆料和导电银浆
石墨烯导电浆料和导电银浆
石墨烯导电浆料和导电银浆都是一种用于制备导电材料的原材料。
它们可以被广泛使用于电子领域，例如制造电子设备中的电路板、LCD屏幕以及触摸屏等。
但是，石墨烯导电浆料和导电银浆之间有什么不同呢？
首先，石墨烯导电浆料是一种由石墨烯和添加剂混合而成的浆料。
石墨烯是一种由单层碳原子形成的平面晶体结构，它具有极高的电导率和导热率。
这使得石墨烯成为制备导电材料的理想原材料。
添加剂通常是一些有机分子，它们可以调节浆料的黏度和稳定性。
石墨烯导电浆料可以通过印刷、喷涂或旋涂等方法在基材上形成导电薄膜。
与之相比，导电银浆由银颗粒、有机树脂和溶剂混合而成。
银颗粒是导电性能极佳的材料，是常用的制备导电材料的原料之一。
有机树脂可以提高颗粒的分散性和黏度，以防止颗粒沉淀。
导电银浆通常是通过喷涂或印刷的方式形成导电薄膜。
然而，与石墨烯导电浆料不同的是，导电银浆需要进行高温热处理才能获得最佳的导电性能。
在价格方面，导电银浆要比石墨烯导电浆料昂贵一些。
这是因为银颗粒的价格较高且制备工艺复杂。
然而，在某些应用中，导电银浆仍然是首选的原材料，因为它具有更高的导电性能和更好的耐久性。
另一方面，石墨烯导电浆料则具有更好的可塑性和灵活性，因此更适合于一些需要柔性材料的应用中。
总之，石墨烯导电浆料和导电银浆都是重要的导电材料，它们在电子领域中有着广泛的应用。
尽管两者有些不同，但这并不意味着它们的一个更好或更坏，而是在不同的应用场景下会有所区别。
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石墨烯导电原因
1 石墨烯
石墨烯是21世纪最具有前景的材料。
它是碳元素形成的一种新型
半导体材料，厚度仅为一个原子，具有强大、高性能和灵活的特性。
由于它表面原子排列紧凑，有超强的弹性，在安全性和可靠性方面表
现出极高的机械性能。
2 导电性能
石墨烯具有很高的导电性能。
它表面的碳原子高度排列，可以有
效使电子能够迅速在石墨烯中流动。
而且，由于它的结构和紧凑性，
它还可以很好地抵抗外界的磁场，从而防止电子的受到113影响。
3 导电机制
石墨烯具有很高的导电性能，这主要是由它内部卷曲的碳原子排
列结构决定的。
它的表面碳原子构成了类似“鳞片”结构的独立团体，即“环状碳环”，由于它们在完全闭合的情况下，可以有效抑制外界
的磁场，这部分大大提高了它的导电性。
4 其他优点
此外，石墨烯也具有许多其他优点，比如体积小，重量轻，表面
结构稳定、吸气性能好，传输速度快等。
它因具有强大的传导和绝缘
性能而成为世界上许多生产过程中不可或缺的材料。
5 总结
石墨烯因具有超强的弹性、高性能和可靠性而成为新一代半导体材料。
它的导电性有赖于内部的“环状碳环”构造，具有抗磁场的能力，从而吸引了越来越多应用。
它还有体积小、重量轻等众多优点，被应用于许多工业领域，给人们带来了不可限量的便利。