对新型的半导体材料石墨烯的浅析
能源材料领域的新型材料介绍
能源材料领域的新型材料介绍随着科技的不断发展，能源材料的需求也在不断增加。
传统的材料已经不能满足人们对能源的需求，因此，研究人员开始探索新型的能源材料。
这些新型材料不仅具有更好的性能和更高的效率，还能更好地满足人们对能源需求的要求。
本文将介绍几种在能源材料领域比较常见的新型材料。
一、石墨烯石墨烯是一种非常有前途的材料，因为它具有非常高的电导率和导热性能。
它由一个单层的碳原子组成，形成了一个二维的结构。
石墨烯是一种非常薄的材料，其厚度仅为原子的厚度。
由于它非常薄，因此石墨烯具有非常好的柔性和韧性。
它可以应用于太阳能电池、智能手机等多种领域。
二、硅薄膜太阳能电池硅薄膜太阳能电池是一种比较新的材料，其厚度只有约一半毫米。
它比传统的硅太阳能电池要轻便得多。
而且，由于它相对薄，所以制造成本也比传统的硅太阳能电池要便宜得多。
硅薄膜太阳能电池可以应用于智能手机和其他便携式设备。
三、锂离子电池锂离子电池是一种非常常见的新型能源材料。
它由有机溶液和固体电解质组成。
这种材料的优点在于，它比传统的镍和铅蓄电池以及氢燃料电池要更加环保。
锂离子电池可以应用于电动汽车、智能手机、笔记本电脑等多种领域，是一种非常实用的新型能源材料。
四、有机太阳能电池有机太阳能电池是一种非常环保的材料。
它由有机半导体材料制成。
这种材料的优点在于，它比传统的硅太阳能电池要更加环保。
有机太阳能电池可以应用于智能手机、笔记本电脑等多种领域，是一种非常实用的新型能源材料。
五、氢燃料电池氢燃料电池是一种非常环保的新型材料。
它可以将氢气转化为电能，从而产生电能。
这种材料的优点在于，它比传统的燃油发电要更加环保。
氢燃料电池可以应用于汽车、发电机等多种领域，是一种非常实用的新型能源材料。
总之，随着科技的不断发展，新型能源材料的应用也在不断地扩展。
这些材料具有更好的性能和效率，能更好地满足人们对能源的需求。
希望研究人员可以继续探索新型能源材料，为人类创造更多的价值。
石墨烯在新能源材料中的应用
石墨烯在新能源材料中的应用一、石墨烯的概述石墨烯是由碳原子组成的一种单层薄膜材料，具有极高的强度、导电性和导热性。
它是一种二维材料，厚度只有一个原子层，因此被称为“二维之王”。
二、石墨烯在新能源领域的应用1. 太阳能电池太阳能电池是将太阳光转化为电能的装置。
传统太阳能电池使用硅等半导体材料，但这些材料价格昂贵且制造过程复杂。
而使用石墨烯作为太阳能电池中的电极材料可以大大降低成本，并提高效率。
2. 锂离子电池锂离子电池是目前最主流的可充电电池之一，广泛应用于手机、笔记本等移动设备中。
使用石墨烯作为锂离子电池负极材料可以提高其容量和循环寿命。
3. 超级电容器超级电容器是一种储存和释放大量能量的设备，在汽车、船舶等领域有广泛应用。
使用石墨烯作为超级电容器的电极材料可以提高其能量密度和功率密度。
4. 燃料电池燃料电池是一种将氢气等可再生能源转化为电能的装置。
使用石墨烯作为燃料电池中的催化剂可以提高其效率和稳定性。
三、石墨烯在新能源材料中的优势1. 高导电性：石墨烯具有极高的导电性，可以提高太阳能电池、锂离子电池等设备的效率。
2. 高强度：由于只有一个原子层厚度，因此石墨烯具有极高的强度，可以增加材料的耐久性。
3. 高导热性：石墨烯具有极高的导热性，可以提高设备散热效果。
4. 超大比表面积：由于只有一个原子层厚度，因此石墨烯具有超大比表面积，可以增加催化剂对反应物质的接触面积。
四、未来展望随着科技不断发展，人们对新能源领域的需求不断增加。
而石墨烯作为一种具有优异性能的材料，将在新能源领域中发挥越来越重要的作用。
未来，石墨烯可能会被广泛应用于太阳能电池、锂离子电池、超级电容器、燃料电池等领域，并带来更高效、更稳定的能源设备。
石墨烯技术的应用前景
石墨烯技术的应用前景在科技领域，石墨烯被誉为“未来材料”的代表，被赋予了极高的期望和价值。
石墨烯是由单层碳原子通过共价键连接而成的二维晶体结构，具有高强度、高导电性、高热导性、高透明性等优异的物理特性。
石墨烯的发现使得我们进入了新的材料时代，它的出现将给人类带来前所未有的革命性变化。
本文将探讨石墨烯技术的应用前景。
一、新能源领域由于能源消耗和环境污染等问题的日益加剧，新能源技术已经成为未来发展的重点。
石墨烯作为一种新型材料，其在新能源领域的应用前景巨大。
石墨烯具有非常好的导电性和导热性，这使得它非常适合用于太阳能电池板和燃料电池等能源转换装置中。
石墨烯材料的导电性是传统硅材料的数千倍，这使得石墨烯可以大大提高太阳能电池板的电能转换效率。
同时，石墨烯的导热性也很强，可以提高燃料电池的发电效率。
此外，石墨烯还可以用于储能器件，例如锂离子电池和超级电容器等。
石墨烯的高导电性和高比表面积可大大提高储能器件的能量密度和功率密度，使其更加高效和环保。
二、电子领域电子行业已经成为现代社会中最为重要的行业之一。
石墨烯的应用在电子领域也有着广泛的前景。
石墨烯具有非常好的导电性和透明性，非常适合用于智能手机、平板电脑和电视等电子产品的显示屏幕。
石墨烯的高透明度使其更加适合广告牌和户外发光板等大尺寸显示器的应用。
此外，尽管石墨烯的体积非常小，但它的导电性极强，可以用来制造更快、更节能的电子元器件。
石墨烯晶体管的开关速度可以达到半导体晶体管的数百倍，这使得石墨烯元器件成为未来超高速电子器件的主要研究方向之一。
三、材料领域材料工业是人们日常生活中必不可少的行业之一。
石墨烯的出现，将在材料行业中产生巨大的价值和应用前景。
石墨烯的高硬度和高强韧性使其具有超强的耐磨性和抗划痕性。
因此，它可以用来制造超耐磨的材料，例如钢铁、陶瓷、玻璃等材料的涂层。
此外，由于石墨烯的高导电性和高热导性，它也可以用来制造高效的导电材料和散热材料。
这些材料可以应用于高速列车、航天器、智能手机等领域。
新型纳米材料
新型纳米材料纳米材料是指至少在一维尺度上具有至少一个尺寸小于100纳米的材料。
由于其特殊的尺寸效应、表面效应和量子效应，纳米材料在光学、电子、磁学、力学和化学等方面表现出许多独特的性质，因此被广泛应用于材料科学、生物医学、环境保护等领域。
在过去的几十年里，科学家们不断探索新型纳米材料，并取得了许多重要进展。
一种重要的新型纳米材料是石墨烯，它是由碳原子构成的二维晶体结构。
石墨烯具有极高的导电性、热导率和机械强度，因此被认为是一种理想的材料用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
此外，石墨烯还具有良好的透明性和柔韧性，因此在柔性电子、柔性显示器等方面也具有广阔的应用前景。
另一种备受关注的新型纳米材料是量子点，它是一种由几十个到几百个原子构成的纳米粒子。
由于其尺寸约在1到10纳米之间，量子点表现出许多特殊的光电性能，如发光、吸收、荧光等。
因此，量子点被广泛应用于显示技术、生物成像、光电器件等领域。
与传统的半导体材料相比，量子点具有更广泛的发光波长范围、更高的荧光量子产率和更好的光稳定性，因此备受研究者们的青睐。
此外，金属有机骨架材料（MOFs）也是一类备受关注的新型纳米材料。
MOFs 是一种由金属离子和有机配体组成的多孔晶体材料，具有高比表面积、可调控的孔径和丰富的化学功能团。
由于其独特的结构和性能，MOFs在气体吸附、分离、储存等方面具有广泛的应用前景。
此外，MOFs还可以用于催化、药物传递、光电器件等领域。
综上所述，新型纳米材料具有许多独特的性能和广阔的应用前景，对于推动材料科学和相关领域的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断进步，相信新型纳米材料将会在更多的领域展现出其独特的魅力，为人类社会的发展做出更大的贡献。
石墨烯光学性质以及二维材料的纳米光子学性质浅析
使光集中用于等离子体共振，从而使局部电场得到显著增强。在量子效 率方面得到巨大提高。但也会导致可操作宽带的范围减少。
② 整合量子点和石墨烯
用胶体量子点覆盖石墨烯可以获得具有能够获得具有 108 电子/光子的的超高光电探测和 107AW-1 的光响应的光电探测器。但由于需要长时间产生增益， 它们的运算速度也很低。
石墨烯等离激元学
由于石墨烯同时具有高的载流子迁移率和高导电性，它也成为了一种极具前 景的太赫兹到中红外等离子体器件应用的候选材料。等离子体具有高局域场 强度，广泛用于包括光学天线，近场光学显微镜，化学和生物传感器和亚波 长光学器件等。和传统等离子材料相比具有以下优点： ① 可以通过化学掺杂和门电压调控。 ② 具有更强的局域性 ③ 低损耗和长寿命 ④ 结晶度
过渡金属二硫化物光子学
过渡金属二硫化物(TMDCs)是化学公式为MX2的材料，M代表Mo、W、Nb、Re 这一类元素，X是硫元素。
TMDCs的层间相互作用是弱范德华力，而平面成键是强共价键。因此TMDCs 可以被剥离到类似石墨烯的薄膜结构，显著地扩展了二维材料的材料库。一 些二维的TMDCs，如钼和钨的硫化物，在多层的形式中有间接带隙，而在它们 的单层形式中成为直接带隙半导体。他们相当大的和可调带隙，不仅仅能产 生强的光致发光，也能打开像光电探测器，能量收集器，电致发光等光电器 件的大门。而且不同于石墨烯基器件，他具有可操作的光谱范围。另外，在 一些二维的TMDCs中已经证明了的奇异光学性质，如谷相干和谷选择性的圆二 色性，使这些材料非常有希望发现新的物理现象。
① 光与石墨烯的相互作用从能带跃迁的角度主要有两种：带间跃迁和带内跃 迁。远红外和太赫兹光谱区为带内跃迁，近红外及可见光光谱区主要是带 间跃迁；
石墨烯的研究与应用综述、产业现状
石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。
石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。
石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。
良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。
极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。
超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。
超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。
微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
新一代半导体材料的研究与应用
新一代半导体材料的研究与应用 近年来，新一代半导体材料的研究与应用在科技领域中引起了广泛的关注。半导体材料是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有在一定条件下能够具备导电特性的特点。早期的半导体材料主要是硅，但随着科技的不断进步和需求的增加，人们开始寻找其他具有更好性能的新半导体材料。
首先，研究人员开始将目光投向了石墨烯。石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶格结构，具有非常好的电导性能和热导性能。由于其优异的电子特性和高度的可伸缩性，石墨烯成为了研究人员的热门研究对象。石墨烯被广泛应用于电子器件、传感器、能源存储和变压驱动器等领域。特别是在柔性电子领域中，石墨烯可以替代传统的硅基材料，制备出更加轻薄、柔软的电子产品。
其次，研究人员还发现了一些新型的半导体材料，如二硫化钼（MoS2）和三硫化钨（WS2）。这些材料由单层二维结构组成，具有优秀的光电特性和可调节的能带结构。相比于传统的半导体材料，二硫化钼和三硫化钨具有更好的导电性能和电子迁移率，适用于制备超薄、高速度、低功耗的电子器件。此外，它们还被广泛应用于光电子器件、光电检测、太阳能电池和光催化等领域。
另外，人们还开始研究有机半导体材料。有机半导体材料由含碳的有机物质构成，与传统的无机半导体材料相比，具有较低的成本和易加工的优点。有机半导体材料可通过溶液法或真空法制备，可以制备出非常薄的薄膜，适用于柔性电子器件的制备。此外，有机半导体材料还具有较高的载流子迁移率和较低的电压操作，适用于制备低功耗、高效能的电子器件。有机半导体材料已经被广泛应用于有机场效应晶体管、有机光电器件和有机太阳能电池等领域。 综上所述，新一代半导体材料的研究与应用为科技发展带来了新的机遇和挑战。石墨烯、二硫化钼、三硫化钨和有机半导体材料是当前研究热点，它们具备优越的电子特性和可调节的能带结构，适用于制备高性能、低功耗的电子器件。随着对半导体材料性能要求的不断提高，相信新一代半导体材料的研究与应用将会为科技领域带来更多的突破和创新。
石墨烯的带隙
石墨烯的带隙石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有许多独特的物理和化学特性。
它被广泛研究，并被认为是下一代材料科学的前沿领域之一。
然而，石墨烯中的一个重要问题是其零能隙，这在一些应用中限制了其使用。
本文将对石墨烯的带隙进行深入探讨，同时分享我对这个主题的观点和理解。
1. 什么是带隙？带隙是指固体材料中能级间的能量间隔。
在导体中，能带之间的能级是连续的，而在绝缘体和半导体中，能带之间存在一个带隙，这导致了电荷载流子的出现和禁止电荷传导。
石墨烯由单层碳原子构成，因此在理论上应该是零能隙材料。
2. 石墨烯的零能隙由于石墨烯的结构，其能带结构非常特殊。
碳原子的sp2杂化导致了π和π*能带的形成，它们相互重叠而形成了零能隙。
这意味着石墨烯在常温下不能禁止电荷传导，因此无法被用作传统的半导体材料。
这限制了石墨烯在电子学和光电子学等领域的应用。
3. 带隙调控与石墨烯应用尽管石墨烯本身具有零能隙，但科学家们已经提出了一些方法来调控其带隙，并使其在半导体设备中具有应用潜力。
这些方法包括掺杂、应变和纳米尺度的结构工程。
通过引入外部杂原子或分子，可以改变石墨烯的电子结构，从而引入带隙。
应变也被发现可以改变石墨烯的带隙，通过在表面施加机械应变或在其基底上引入应变。
通过制备石墨烯的纳米结构，也可以实现带隙的调控。
4. 石墨烯带隙的应用前景在石墨烯带隙调控的基础上，石墨烯在电子学和光电子学领域的应用前景变得更加广阔。
具有可调控带隙的石墨烯可以被用于制备高性能的半导体器件，如晶体管和光电探测器。
石墨烯光伏器件、光电转换器以及传感器等领域也可以受益于石墨烯带隙的调控。
带隙的引入使得石墨烯能够在不同能级和电子结构的材料之间实现能级匹配，从而提高了其在电子器件中的应用潜力。
总结：石墨烯作为一种具有独特物性的二维材料，具有零能隙的特点。
然而，科学家们通过掺杂、应变和结构工程等方法，成功地调控了石墨烯的带隙，使其具备了更广阔的应用前景。
石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性 (修复的)
石墨烯（人类目前最强的功能材料）是目前已知的最薄最轻的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度（3.4Å）。
导电性极强：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中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。
超高强度：石墨（由石墨烯一层一层摞起来的）是矿物质中最软的，但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲。
瑞典皇家科学院在颁布2010年诺贝尔物理学奖的时候曾这样比喻其强度：利用单层石墨烯制作的吊床可以承载一直4Kg的兔子。
这样可以估算，如果将多层石墨烯叠放在一起，使其厚度与食物保鲜膜相同的话，便可以承载一辆2吨重的汽车。
超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即3.4Å ，所以石墨烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到 2630 m2/g，而普通的活性炭的比表面积为 1500 m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
1.石墨烯基处理器运行速度将达 1000GHz 多晶硅目前已经成为半导体产业的基础原料，被大量应用于集成电路。
随着制作工艺的不断提升，目前硅基芯片的运行速度已经达到了 GHz的级别。
随着技术的不断进步，对于计算机运行速度的要求也不断提高，目前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制，在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz 后就很难在继续提高。
石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。
使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到 1THz（即1000GHz）。
石墨烯未来很可能成为硅的替代者，成为半导体产业新的基础材料。
代替硅生产超级计算机。
2. 石墨烯提升锂离子电池性能锂离子电池已经成为当前用途最广泛、前景最广阔的电池能源，其结构由正极、负极、隔膜和电解液组成。
《ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究》范文
《ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究》篇一ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究摘要：本文以氧化锌（ZnO）及其与石墨烯的复合材料为研究对象，深入探讨了其气敏性能。
通过制备不同比例的ZnO/石墨烯复合材料，对其结构、形貌及气敏性能进行了系统研究。
实验结果表明，ZnO/石墨烯复合材料在气敏传感器领域具有广阔的应用前景。
一、引言随着人们对环境监测和安全检测需求的日益增长，气敏传感器作为一种能够检测和识别气体成分和浓度的设备，其应用领域不断扩大。
氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料，因其具有优异的气敏性能而备受关注。
近年来，随着纳米技术的不断发展，ZnO纳米材料在气敏传感器领域的应用越来越广泛。
而石墨烯作为一种具有优异电学、热学和力学性能的二维材料，其与ZnO的复合材料在提高气敏性能方面具有显著优势。
因此，研究ZnO及ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能具有重要意义。
二、ZnO及ZnO/石墨烯复合材料的制备与表征1. 制备方法本实验采用溶胶-凝胶法结合热处理工艺制备ZnO及ZnO/石墨烯复合材料。
首先，制备ZnO前驱体溶液，然后与石墨烯进行混合，通过热处理得到ZnO/石墨烯复合材料。
2. 结构与形貌表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对制备的ZnO及ZnO/石墨烯复合材料进行结构与形貌表征。
结果表明，制备的ZnO为六方纤锌矿结构，与石墨烯成功复合，形成了均匀的纳米结构。
三、气敏性能研究1. 气体敏感性测试采用气敏测试系统对ZnO及ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能进行测试。
在室温下，对不同浓度的乙醇、甲醛、氨气等气体进行测试。
结果表明，ZnO/石墨烯复合材料对上述气体具有较高的敏感性，且响应速度较快。
2. 性能分析分析ZnO/石墨烯复合材料气敏性能提高的原因，认为石墨烯的引入改善了ZnO的电子传输性能，提高了材料的比表面积，从而增强了气体吸附和脱附能力。
此外，石墨烯与ZnO之间的界面效应也有助于提高气敏性能。
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对新型的半导体材料——石墨烯的浅谈 摘要 石墨烯材料是材料领域近两年的重大突破。简要介绍石墨烯的发展简史、特性、制备方法、应用前景及目前所面临的问题。
正文 石墨烯是一种二维晶体管，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)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯(如图[1])。
[1]石墨烯的结构模型 石墨烯的发现带动了新一批研究“碳”的热潮。它的发现证实了准二维晶体的存在性，其突出的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性有望对现代电子科技的发展带来新的突破。鉴于其巨大应用价值，人们对其的研究日益加深，现已研究出多种制备方法。但与此同时，随着人们的深入研究，人们对大量结构完整的高质量石墨烯材料的需求增大，这就要求对现有的工艺制造水平加以提高。文章之后介绍的微机械法显然不能满足未来工业化的要求。氧化石墨还原法虽然能够以相对较低的成本制备出大量的石墨烯,然而石墨烯的电子结构以及晶体的完整性均受到强氧化剂严重的破坏,将使其电子性质受到影响,一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。化学生长法可以制备出大面积连续且性能优异的石墨烯薄膜半导体材料,而现有的半导体加工技术也可以对石墨烯薄膜材料进行剪裁修饰,使得化学生长法制备出的石墨烯材料在微电子领域有着巨大的应用潜力。然而化学沉积法制备石墨烯的途径还在进一步探索、完善中,现阶段工艺的不成熟以及较高的成本都限制了其大规模应用。如何大量、低成本制备出高质量的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点。
一、 发展简史 石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。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，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。两人也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。
二、 石墨烯的特性 石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。其完美的晶格结构，常被误认为很僵硬，但事实并非如此。石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。这样，碳原子就不需要重新排列来适应外力，这也就保证了石墨烯结构的稳定，使得石墨烯比金刚石还坚硬，同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。这种稳定的晶格结构还使石墨烯具有优秀的导电性。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。由于其原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。 石墨烯被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。其厚度只有0.335纳米，把2000片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。单层石墨烯几乎透明，其分子排列紧密，即使原子尺寸最小的氦也不能通过。 石墨烯的另一特性是，其导电电子不仅能在晶格中无障碍地移动，而且速度极快，远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度（如图[2]）。还有，其导热性超过现有一切已知物质。石墨烯的上述特性非常有利于超薄柔性OLED显示器的开发。
[2]电子穿过石墨烯的速度与硅相比要快得多，这使得它有可能成为未来电脑芯片的主力。
为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质，须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%。这也解释了石墨烯的超强导电性：相对论性的载荷子可以在其中完全自由地穿行。 石墨烯有非常独特的光学性质。虽然只有一层原子，但是它在整个可见光直到红外的波长范围内都可以吸收入射光的2.3%，这个数字和石墨烯的其他材料参数没有关系，是由量子电动力学决定的。吸收的光会导致载流子（电子和空穴）的产生，石墨烯里面载流子的产生和输运都和传统的半导体有很大不同。这使得石墨烯很合适用来做超快的光电感应设备，据估计，这样的光电感应设备有可能能以500GHz的频率工作，用于信号传输的话，每秒钟可以传送5000亿个0或者1,可以在1秒内完成两张蓝光光碟内容的传输。 总结一下特性：基于它的化学结构，石墨烯具有许多独特的物理化学性质，如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。 三、 制备方法 石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法和取向附生法的方法；化学方法是化学还原法与化学解理法。
1． 微机械分离法 最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年诺沃塞洛夫就用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。
2． 取向附生法—晶膜生长 取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石 墨烯。第一层覆盖80％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性。另外Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
3．氧化石墨还原途径 石墨是一种憎水性物质,与其相比,氧化石墨(图[3])拥有大量的羟基、羧基等基团,是一种亲水性物质。其层间距(0. 7～1. 2nm)也较石墨的层间距(0. 335nm)大。氧化石墨上C 原子属于sp3 杂化,与石墨相比氧化石墨的导电性很差。但相对于石墨,由于氧化石墨层表面含有大量的官能团,因此氧化石墨和改性氧化石墨与许多聚合物基体有较好的相容性。氧化石墨和改性氧化石墨在锂离子电池负极材料和阻燃复合材料方面的应用引起了广泛的关注。
[3]氧化石墨示意图 化学还原法是将氧化石墨与水以1mg/mL的比例混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在100℃回流24h，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich等利用化学分散法制得厚度为1nm左右的石墨烯。 4．化学解理法 化学解理法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应，迅速放出气体，使得氧化石墨层被还原的同时解理开，得到石墨烯。这是一种重要的制备石墨烯的方法，天津大学杨全红等用低温化学解理氧化石墨的方法制备了高质量的石墨烯。
四、 应用前景 ⑴柔软的透明电极 在很多电器里，都需要用到透明的导电材料作为电极，电子表、计算器、电视机、液晶显示器、触摸屏、太阳能电池板等等诸多设备里都无法离开透明电极的存在。传统的透明电极用的是氧化铟锡（Indium Tin Oxide,简称ITO），由于铟的价格高昂和供应受限，而且这种材料比较脆，缺乏柔韧性，并且制作电极过程中需要在真空中层沉积而成本比较高，很长时间以来，科学家们都在致力于寻找它的替代品。除了透明、导电性好、容易制备等要求，如果材料本身的柔韧性比较好话，将适合用来做“电子纸”或者其他可以折叠的显示设备，因此柔韧性也是一个很重要的方面。而石墨烯正是这么一种材料，非常合适来做透明电极。
韩国三星公司和成均馆大学的研究人员利用化学气相沉积的方法获得了对角长度为30英寸的石墨烯，并将其转移到188微米厚的聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，简称PET）薄膜上，进而制造出了以石墨烯为基础的触摸屏[4]。如下图所示，生长在铜箔上的石墨烯先和热剥离型胶带（蓝色透明部分）粘在一起，然后用化学的方法把铜箔溶解掉，最后用加热的方法把石墨烯转移到PET薄膜上去。
[4] 生长在铜箔上的石墨烯转移到PET薄膜的过程示意图 研究者们在石墨烯上适当的位置印上银电极，用银电极把材料划分成一块块3.1英寸大小的区域，然后在区域内的石墨烯上放上规则排布的绝缘点阵。这样两片对应的组装在一起就做成了弹性很好的触摸屏器件。当它同电脑上的控制软件连通时，它就能发挥触摸屏的作用了。 ⑵新型的光电感应设备
研究者们发现，这种金属-石墨烯-金属结构的光电感应设备最高可以达到16GHz的工作频率，并且可以高速工作在从300纳米（近紫外）到6微米（红外）的波长范围内，而传统的光电感应管则不能对波长较长的红外光响应。石墨烯光电感应设备的工作频率还有很大的