石墨烯 的发展历史与特性

2018-10-23 08:21

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。

石墨烯的发展历史

石墨烯(Graphene)的理论研究已有60多年的历史。石墨烯 一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,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,成功地 在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实 它可以单独存在,两人也因在二维 石墨烯材料的开创性实验而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯 的出现在科学界激起了巨大的波澜,从2006年开始,研究论文急剧增加,作为形 成纳米尺寸晶体管和电路的后硅时代的新潜力材料,旨在应 用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国等 国家的研究尤其活跃。

石墨烯 或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池 及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。

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石墨烯的特性

至今为止,已发现 石墨烯具有非凡的物理及电学性质,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。

石墨烯 是零带隙半导体,有着独 特的载流子特性,为相对 论力学现象的研究提供了一条重要途径;电子在 石墨烯中传输的阻力很小,在亚微 米距离移动时没有散射,具有很 好的电子传输性质;石墨烯韧性好,有实验表明,它们每100nm 距离上 承受的最大压力可达2.9 N,是迄今 为止发现的力学性能最好的材料之一。

石墨烯 特有的能带结构使空穴和电子相互分离,导致了 新电子传导现象的产生,如量子干涉效应、不规则 量子霍尔效应等。Novoselov等观察 到石墨烯具有室温量子霍效应,使原有 的温度范围扩大了10倍。

石墨烯 在很多方面具备超越现有材料的特性,日本企 业的一名技术人员形容单层石墨碳材料石墨烯神仙创造的材料。石墨烯的出现,有望从 构造材料到用于电子器件的功能性材料等广泛领域引发材料革命。


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