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石墨烯介紹

日期:2025-05-10 07:26
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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(wàn)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(huà))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(wú)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(lái)。這些可能歸結(jié)于石墨烯在納米級(jí)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(cè)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(duì)論量子力學(xué),沒(méi)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(lái)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(lái)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?chē)荚影l(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(guò)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(chēng)為“載荷子”(electric charge carrier),的性質(zhì)和相對(duì)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(jiàn)光。而這也是石墨烯中載荷子相對(duì)論性的體現(xiàn)。  

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