石墨烯的使用解析

　　目前，石墨烯的使用在當代的使用可謂是越來越廣泛，石墨烯的使用是值得我們好好學習的，今朝我們就深入知道石墨烯的使用。

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，惟有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在[1]，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在試驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創性試驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料[3]，它幾乎是完全透亮的，只吸收2.3%的光"[4]；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料[1]。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期望可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透亮、良好的導體，也適合用來制造透亮觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

　　石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應。

　　石墨烯的結構

　　石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構,它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbonnano-tube,CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite),因此石墨烯是構成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環,是目前最理想的二維納米材料.。理想的石墨烯結構是平面六邊形點陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻剩余一個p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導電性。二維石墨烯結構可以看是形成所有sp2雜化碳質材料的基本組成單元。

　　石墨烯光學性質

　　依據理論推導，石墨烯會吸收\pi\alpha\approx2.3%\,\!的白光；其中\alpha\,\!是精細結構常數。一個單原子層物質不應當有這么高的不透亮度，單層石墨烯的神奇電子性質造成了這令人驚異的高不透亮度。由于單層石墨烯不尋常的低能量電子結構，在狄拉克點，電子和空穴的圓錐形能帶（conicalband）會相遇，因而萌生這結果。試驗證實這結果正確無誤，石墨烯的不透亮度為2.3\pm0.1%\,\!，與光波波長無關。但是，由于準確度不夠高，這辦法不能用來決定精細結構常數的度量衡標準。

　　近來，有試驗示范，在室溫，通過施加電壓于一個雙閘極雙層石墨烯場效晶體管，石墨烯的能隙可以從0eV調整至0.25eV（約莫5微米波長）。通過施加外磁場，石墨烯納米帶的光學應和也可以調整至太赫茲頻域[48]。

　　石墨烯緊要性質

　　在發現石墨烯往日，大多數（如果不是所有的話）物理學家認為，熱力學漲落不準許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發現立即震撼了凝聚態物理界。雖然理論和試驗界都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩定存在,但是單層石墨烯在試驗中被制備出來。這些可能歸結于石墨烯在納米級別上的微觀皺紋。

　　石墨烯還表現出了異常的整數量子霍爾效應。其霍爾電導=2e2/h,6e2/h,10e2/h....為量子電導的奇數倍，且可以在室溫下觀測到。這個行為已被科學家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學，沒有靜質量”。2007年，先后三篇文章聲稱在石墨烯的p-n或p-n-p結中觀察到了分數量子霍爾效應行為。物理理論家已經解釋了這一現象。2009年，美國兩個試驗小組分別在石墨烯中觀測到了填充數為1/3的分數量子霍爾效應。日前，海姆教授對于石墨烯研究進展和將來展望撰寫了文章。

　　綜上所述，本文已為講解石墨烯的使用，相信大家對石墨烯的使用的認識越來越深入，希望本文能對各位讀者有比較大的參考價值。

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