石墨烯在现代电子器件中的应用.doc

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1、石墨烯在现代电子器件中的应用摘要：石墨烯是一种单层二维蜂窝状晶格结构的新型二维纳米材料，具有很多新颖独特的物理化学性质及潜在应用。自2004年被发现以来，石墨烯一直是国内外的一个研究热点。本文综述了近年来石墨烯的几种主要制备方法及其在太阳能电池、晶体管、超级电容器、传感器等现代电子器件方面的实际应用的最新研究成果，最后展望了石墨烯材料制备及其在各领域应用的未来发展前景。关键词：石墨烯，制备方法，应用，研究进展ApplicationsofGrapheneinModernElectronicDevicesAbstract:Graphe

2、neisanovelhoneycomblikesheetoftwodimensionalcarbonmaterial,whichhasmanyuniquephysicochemicalpropertiesandpotentialapplications.Sincediscoveredin2004,graphenehasalwaysbeenahottopicathomeandabroad.Thispaperreviewsthelatestresearchonseveralmainpreparationmethodsofgraphen

3、eanditsapplicationinthemodernfieldofelectronicdevices,suchassolarcell,transistor,supercapacitorandtransducer.Finally,thefutureofitspreparationandapplicationsinvariousfieldsisalsopointedout.Keywords:graphene,preparationmethods,application,researchprogress1引言2004年英国曼彻斯特

4、大学Novoselov与Geim小组［1］采用微机械应力技术，从高度定向热解石墨上剥离得到稳定存在的单层石墨烯，其厚度仅有0.335nm，它是构建其它维数碳质材料的基本单元，通过团包、卷曲、层叠可形成富勒烯（零维），碳纳米管（一维）以及石墨（三维）。于此同时，这一发现推翻了大多数物理学家长期以来坚持的“完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在”的论断，震撼了凝聚态物理界，从而引发了此新型碳材料的研究热潮。作为一种新型二维纳米材料，石墨烯具有非常优异的性能:具有高强度（杨氏模量达1,100GPa）、高比表面积（理论值为2,630㎡∕g

5、）及良好的导热性（热传导系数大约为5,000W∕m·K）。不仅如此，石墨烯还具有许多独特的电学性质，如室温下的量子霍尔效应及表面性质的尺寸效应等；石墨烯的价带和导带在费米能级的六个顶点上相交，是一种零带隙材料，每个碳原子都贡献出一个未成键的电子，赋予了石墨烯很好的导电性，其载流子迁移率可超过200,000c㎡∕V·S，比硅高100倍，且不随温度变化。此外，石墨烯还具有高透明度，对光仅有2.3﹪左右的吸收。以上所述的这些优异性能使得石墨烯在制作晶体管、组建纳米电子器件和太阳能电池、传感器、液晶器件、能量储存等领域存在着潜在的应用价值

6、。本文综述了石墨烯的制备方法和在现代电子器件中的最新研究进展。2石墨烯的制备方法5由于石墨烯具有优异的物理化学性质及很好的应用前景，已经吸引了各国科学家的不断积极研究和探索。自发现至今，国内外对石墨烯的制备方法层出不穷，然而能否找到一种高产量、低成本的方法仍是石墨烯能否大规模应用的一个制约因素。目前制备石墨烯的方法有很多，主要包括机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法等方法。2.1机械剥离法机械剥离法（或胶带剥离法）：石墨为片层状结构，层与层之间以范德华力连接，在外力作用下其层状结构易被分离。2004年Geim等就

7、是利用透明胶带的黏力，通过反复粘贴将高定向热解石墨一层一层地进行剥离而获得了单层石墨烯。该方法的优点在于工艺简单，成本较低，且因高定向热解石墨内部的缺陷很少，制得产物的质量较高。但是此方法制得的石墨烯层数难以控制，产量较低，所以要实现工业化大规模生产还存在很大的问题。另外，采用这种方法制得的石墨烯表面可能会沾有少量胶渍，清洁度不高。2.2外延生长法外延生长是指在单晶衬底上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层。在这里是利用生长基质（如SiC基片）的原子结构“种”出石墨烯［2］。具体过程为：首先，选择稀有金属钌作为衬底，让碳原

8、子在2550℃掺入钌，然后冷却至2310℃，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，从而形成完整的一层石墨烯。当第一层覆盖80％后，第二层开始生长，第一层的石墨烯会与钌发生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，从而得到比较纯净的石墨烯基片。这种