石墨烯介紹

日期：2026-01-08 13:22

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摘要：

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)。這種石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。它是2004年由曼徹斯特大學(xué)的科斯提亞?諾沃謝夫和安德烈?蓋姆小組首先發(fā)現(xiàn)的。

石墨烯-制備方法

目前有三種方法制備石墨烯，一種是加熱SiC的方法，另一種是輕微摩擦法或撕膠帶法，第三種是化學(xué)分散法。

石墨烯-特性

電子運(yùn)輸

石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖

在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)（如果不是所有的話）物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚態(tài)物理界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為**的二維結(jié)構(gòu)無法在非**零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。這些可能歸結(jié)于石墨烯在納米級別上的微觀扭曲。

石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)=2e2/h,6e2/h,10e2/h.... 為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測到。這個(gè)行為已被科學(xué)家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學(xué)，沒有靜質(zhì)量”。

導(dǎo)電性

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

石墨烯*大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electric charge carrier)，的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。

石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現(xiàn)。

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