石墨烯论文 石墨烯研究进展

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1、石墨烯研究进展雷洪（中国矿业大学化工学院江苏徐州221116）摘要：石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，由于碳原子组成的特殊结构使得石墨烯拥有一系类特殊性能，包括特殊的导热性质，电学性质，力学性质等等。特殊的性质使得石墨烯有在很多领域发展的潜力，因此引起了科学界的广泛关注，本文介绍了石墨烯的一些制备方法，性质和应用领域。关键词：石墨烯制备方法特性应用领域AdvancesingrapheneresearchLEIhong(ChinaUniversityofMiningandtechnology，SCETXuzh

2、ouJiangsu221116)Abstract：Grapheneisanewmaterialconsistingofasinglelayerofcarbonatomssheetstructure，Becauseofthespecialstructureofcarbonatomsmakesgraphenehasaseriesofspecialclassperformance，Includingspecialthermalproperties，electricalpropertiesandmechanicalpropert

3、ies,etc.Specialpropertiesmakegraphenehasthepotentialinmanyareasofdevelopment，so，itattractedwideattentioninthescientificcommunity.Thisarticledescribessomeofgraphenepreparationmethodspropertiesandapplications.Keywords：graphenepreparationmethodspropertiesapplication

4、areas0引言自2004年Novoselov，K．S．等使用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离观测到石墨烯（Graphene）以来，碳元素同素异形体又增加了新的一员.随着2010年诺贝尔物理奖颁给英国曼彻斯特大学51岁的俄裔荷籍教授安德烈.海姆和曾是他的博士生36岁的俄裔英、俄双重国籍的教授康斯坦丁.诺沃肖洛夫之后，“石墨烯”这一专业名词突然进入人们的眼帘，其独特的性能和优良的性质引起了研究人员的极大关注，掀起了一波石墨烯的研究高潮。碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。它在室

5、温下的载流子迁移率高达20万cm2/Vs以上，远远超过了铜的导电性。因此，石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池的透明导电膜。在目前可以制作的片状材料中，石墨烯的厚度最薄、因其由单个原子构成，所以比表面积也非常大.石墨烯还具有超过金刚石的强度、弹性模数和导热率，它的抗拉强度高达180GP，是钢强度的10倍。如果没有缺陷的话，即便是 单层石墨烯，也不会通过大于氦（He）原子的物质。这些性质可以使石墨烯作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器，或是理想的阻挡膜（Barrier Film）。 与其他材料相比，石墨烯还

6、拥有许多极为特殊的性质。例如，在室温下也可呈现量子霍尔效应；可实现名为“Klein Tunneling”的、透射率为100％的通道效应；电阻值为固定值而与距离无关的“弹道输运”（Ballistic Transport）的有效距离较长；按照由石墨烯上的自由电子来描述中微子的方程式（韦尔方程，Weyl Equation），石墨烯可以像质量为零的粒子一样运动；而且，石墨烯具有被称为“赝自旋（Pseudospin）”和“赝磁场”的、宛如存在电子自旋 和磁场的特性；石墨烯还拥有负折射率，等等。这些特性可以使石墨烯用于超高精度的气体

7、传感器和应变传感器等，使得石墨烯的研究非常火热。1石墨烯的结构石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构,它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D)的碳纳米管(carbonnano-tube,CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite),因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,是目前最理想的二维纳米材料.。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的石墨分子，

8、每个碳原子均为sp2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。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。2石墨烯的制备方法研究高效大模化制备大批量优质石墨烯是石墨烯材料应用的第一步，已成为当前研究的重点。按照石墨烯的制备途径，可以将其制备方法分为两