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8网页版:石墨烯基本特性亚博yabovip88

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2022-12-15 00:32   浏览:

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  石墨烯是新一代的透明导电材料,在可见光区,四层石墨烯的透过率 与传统的 ITO 薄膜相当,在波段,四层石墨烯的透过率远远高于 ITO 薄膜。石墨烯几乎是完全透明的,透光率高达 97.4%。另一方面, 它非常致密,即使是最小的气体原子(氢原子)也无法穿透。并且石 墨烯导热系数高达 5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石。这些特征 使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发 光板和太阳能电池板。[5]

  2004 年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺 沃肖洛夫,用高来自百度文库定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨 烯,打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两 人也因此共同获得 2010 年诺贝尔物理学奖。

  石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被 认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元,它可以包裹成零维的 富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨,如图所示。 石墨烯晶体 C-C 键长为 0.142nm,每个碳原子 4 个价电子中的 3 个 通过σ键与临近的 3 个碳原子相连,S、Px 和 Py3 个杂化轨道形成 强的共价键合,组成 sp2 杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异 的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达 130Gpa,破坏强度为 42 N /m, 杨氏模量为 1.0TPa,断裂强度为 125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的 厚度仅为 0.35nm 左右,是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠 起来就是石墨,厚 1 毫米的石墨大约包含 300 万层石墨烯。铅笔在纸 上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。(百度 百科)石墨烯的硬度比最好的钢铁强 100 倍,甚至还要超过钻石,最坚硬的纳米材料。

  石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。石墨烯的每个晶胞由 两个原子组成,产生两个锥顶点,使得每个布里渊区里相对应的能带 均能发生交叉,且交叉点附近的电子能 E 取决于波矢量。石墨烯电子 能带结构以独立碳原子为基,将周围碳原子产生的势作为微扰,可以 用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布。亚博yabovip888网页版在狄拉克点(Dirac Point) 附近展开,可得能量与波矢呈线性关系(类似于光子的色散关系), 且在狄拉克点出现奇点(singularity)。这意味着在费米面附近,石 墨烯中电子的有效质量为零,这也解释了该材料独特的电学等性质。

  子结构,提高石墨烯的自由载流子密度,从而提高石墨烯的导电性能 和稳定性。此外,在石墨烯的碳网格中引入含氮原子结构,可以增加 石墨烯表面吸附金属粒子的活性位,从而增强金属粒子与石墨烯的相 互作用。(6)

  石墨烯晶格常数 n 的实验值为 0.246nm ,为了得到更准确的值 ,对 其附近不同晶格常数的石墨烯进行了优化 ,结果如图 1 所示。从图 1 可以看出,亚博yabovip888网页版随着晶格常数 a 的增加,总能量 Eg 先减小后增大 ,最 小值点对应的横坐标就是石墨烯的最佳晶格常数 ,其值为 0.2462nm, 以下计算均采用此值。在石墨烯蜂窝状平面上,共有 3 个高对称吸附 位 ,分别为顶位 (T ) 、桥位 (B ) 、间隙位 (H ) ,它们分别位于 石墨烯碳原子的正上方、碳碳键正上方 、六边形碳环正上方 ,如图

  石墨烯在燃料电池领域中具有比其他碳纳米材料更优异的潜能, 是 当前电极材料的极佳选择.研究发现石墨烯存在双极性电场效应,具 有极大的载流子浓度,超高的载流子迁移率和亚微米尺度的弹性输运 等特性,材料学、化学等科研领域的 广泛关注。掀起了继富勒烯和碳纳米管后的又一次碳材料研究热潮。 石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将 “彻底改变 21 世纪”。性亚博yabovip88极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新 产业。[1](9)(2)

  然而,由于石墨烯没有能带隙,使得其电导性不能像传统的半导体一 样完全被控制,而且石墨烯表面光滑且呈惰性,不利于与其他材料的 复合,从而阻碍了石墨烯的应用。近年来,研究者努力探索改善石墨 烯性质的方法,其中,石墨烯掺氮在拓展石墨烯的应用领域方面起着 关键作用。

  此外,石墨烯具有超大的比表面积,理论值为 2630 m2 g1 ;热导率达 5000 W m1 K 1 ,是金刚石的 3 倍; 还具有零半导体特性、亚格子对 称性、室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。同时,石墨烯还 具有高平整性、热稳定性、相对轻的质量和相对稳定的化学性质等特 性,使得石墨烯成为理想的新型材料.作为碳纳米材料家族的新成员, 石墨烯相对稳定的特性和其具有的二维层状纳米结构使得石墨烯在 催化、电子元件、气敏元件领域具有光明的应用前景。而且研究发现,

  频的光吸收和非线性光学性质, 以及室温下的量子霍尔效应等。常温 下石墨烯电子迁移率超过 15000cm2/V·s,比纳米碳管或硅晶体高,而 电阻率只约为 10-6Ω·cm,比铜或银更低,是世上电阻率最小的材料。 用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。这些优异 的性能使石墨烯在太阳能电池、触摸屏、场效应晶体管、高频器件、8网页版:石墨烯基本特 自旋器件、场发射材料、灵敏传感器、高性能电池和超级电容、微纳 机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用。


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