石墨烯的应用介绍

　　目前，石墨烯的应用在当代的应用可谓是越来越广泛，石墨烯的应用是值得我们好好学习的，现在我们就深入了解石墨烯的应用。

　　石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在[1]，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”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

　　石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料[3]，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"[4]；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料[1]。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

　　石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。

　　石墨烯的结构

　　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，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。

　　石墨烯光学性质

　　根据理论推导，石墨烯会吸收\pi\alpha\approx2.3%\,\!的白光；其中\alpha\,\!是精细结构常数。一个单原子层物质不应该有这么高的不透明度，单层石墨烯的独特电子性质造成了这令人惊异的高不透明度。由于单层石墨烯不寻常的低能量电子结构，在狄拉克点，电子和空穴的圆锥形能带（conicalband）会相遇，因而产生这结果。实验证实这结果正确无误，石墨烯的不透明度为2.3\pm0.1%\,\!，与光波波长无关。但是，由于准确度不够高，这方法不能用来决定精细结构常数的度量衡标准。

　　近来，有实验示范，在室温，通过施加电压于一个双闸极双层石墨烯场效晶体管，石墨烯的能隙可以从0eV调整至0.25eV（大约5微米波长）。通过施加外磁场，石墨烯纳米带的光学响应也可以调整至太赫兹频域[48]。

　　石墨烯重要性质

　　在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观皱纹。

　　石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔效应。其霍尔电导=2e2/h,6e2/h,10e2/h....为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。2007年，先后三篇文章声称在石墨烯的p-n或p-n-p结中观察到了分数量子霍尔效应行为。物理理论家已经解释了这一现象。2009年，美国两个实验小组分别在石墨烯中观测到了填充数为1/3的分数量子霍尔效应。日前，海姆教授对于石墨烯研究进展和未来展望撰写了文章。

　　综上所述，本文已为讲解石墨烯的应用，相信大家对石墨烯的应用的认识越来越深入，希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。