發布日期：2022-05-18 點擊率：120
2004 年，英國曼徹斯特大學(University of Manchester) Andre K. Geim 等[1] 以石墨為原料，通過微機械力剝離法得到一系列叫作二維原子晶體( two-dimensional atomic crystals) 的新材料——“石墨烯(graphene )”。
石墨烯的英文名字為Graphene，最早出現在1987年，當時科學家用之稱謂“單層石墨”，或描述碳納米管(nanotube)；所以碳納米管也被認為是卷成圓桶的石墨烯。很明顯，該命名與石墨(graphite)有關。與碳納米管相比，石墨烯有完美的雜化結構，大的共軛體系使其電子傳輸能力很強，而且合成石墨烯的原料是石墨，價格低廉，這表明石墨烯在應用方面將優于碳納米管。與硅相比，石墨烯同樣具有獨特優勢：硅基的微計算機處理器在室溫條件下每秒鐘只能執行一定數量的操作，然而電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力，所產生的熱量也非常少。另外，石墨烯本身就是一個良好的導熱體，可以很快地散發熱量。由于具有優異的性能，如果由石墨烯制造電子產品，則運行的速度可以得到大幅提高。速度還不是石墨烯的唯一優點。硅不能分割成小于10 nm 的小片，否則其將失去誘人的電子性能；與硅相比，石墨烯被分割時其基本物理性能并不改變，而且其電子性能還有可能異常發揮。因而，當硅無法再分割得更小時，比硅還小的石墨烯可繼續維持摩爾定律，從而極有可能成為硅的替代品推動微電子技術繼續向前發展。
石墨烯跟鉆石一樣，都是純碳，但它比鉆石硬很多。石墨烯是由碳原子構成的二維晶體，碳原子排列與石墨的單原子層一樣，成蜂窩狀(honeycomb)。雖然它很結實，但是柔韌性跟塑料包裝一樣好，可以隨意彎曲、折疊或者像卷軸一樣卷起來。
石墨烯結構非常穩定，迄今為止，研究者仍未發現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，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩定。這種穩定的晶格結構使碳原子具有優秀的導電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。
石墨烯最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，（或更準確地，應稱為“載荷子”）的性質和相對論性的中微子非常相似。
“石墨烯”又名“單層石墨片”，是指一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子，碳原子排列成二維結構，與石墨的單原子層類似(圖1-1) 。Geim 等 北京科技大學《材料科學與工程選論》課程學習報告 - 5 - [2] 利用納米尺寸的金制“鷹架”，制造出懸掛于其上的單層石墨烯薄膜，發現懸 掛的石墨烯薄膜并非“二維扁平結構”，而是具有“微波狀的單層結構”，并將石墨烯單層結構的穩定性歸結于其在“納米尺度上的微觀扭曲”。
圖1-1 石墨烯結構示意圖
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