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第一章石墨烯的发现、结构与性能简介

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前言

2.1 石墨烯的发现

2.2 石墨烯的结构

2.3 石墨烯的性能简介

前言

对于石墨烯我也是第一次接触，我打算从这本书开始了解，我着重去学习的是石墨烯传感器工艺方面的东西，所以我的理解肯定会有偏差，我尽力去把自己关于这本书学到的写下来，就当作加深印象。

2.1 石墨烯的发现

石墨烯在理论上并不是新事物，Philip Wallace早在1947年就开始研究石墨烯的电子结构，知道1987年，S.Mouras才首次使用“graphene”来指代单层石墨片（石墨烯）。普遍的观点认为热河二位警惕在一定温度下不会稳定存在，石墨烯也一直被理论物理学家认为是一个理论上的结构。

在2004年，安德烈与他的弟子获得真正的石墨烯，而他们采用的“微机械剥离法”关键是用普通的胶带在高定向热解石墨烯上反复玻璃，最终获取石墨烯。

图1 石墨烯的机械剥过程

为什么石墨烯可以被成功剥离呢？早在1966年提出的Mermin-Wagner理论表明，二维晶体会形成一个稳定的三维结构，但与一个无限大的单层石墨烯的存在相悖。因此，通过实验结果可推测，有限尺寸的二维石墨烯警惕在一定条件下是可以稳定存在的。

在透射电子显微镜下发现悬浮的石墨烯层片上存在大量波纹结构，振幅约为1nm。石墨烯通过调整内部碳碳键长俩适应热波动。石墨烯是通过在表面形成褶皱或媳妇其他分子来维持自身稳定性。

图2 石墨烯的表面起伏

2.2 石墨烯的结构

石墨烯仅有一个源原子尺寸厚度，由sp2杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。石墨烯的每个晶格内由三个 $\sigma$ 键，形成稳定的六边形状，垂直于晶面方向上的 $\pi$ 健在石墨烯导电过程中起到很大作用。

图3 碳六边形

石墨烯根据边碳链链的不同，可分为锯齿型和扶手椅型，二者纳米条会呈现出不同的电子传输特性。锯齿表现金属型，扶手椅表现金属型或半导体型。

图4 石墨烯纳米条

2.3 石墨烯的性能简介

石墨烯在光学、电学、力学和热学都有卓越表现。具体在之后逐一学习。

优异的光学性能，单层石墨烯可吸收2.3%的可见光，即透射率为97.7%。

石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献一个剩余p轨道电子形成大 $\pi$ 健， $\pi$ 电子的自由移动赋予石墨烯优异的导电性，迁移率约为硅的140倍。

另外，石墨烯是一直材料中硬度和强度最高的晶体，诗文热导率是铜的10倍多。

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