石墨烯研究及应用

石墨烯 （ ｒｐ ｅ ｅ Ｇ ａ ｈｎ ）的理论研究 已有 ６ ０多年的历史 。石墨烯一直被认为是假设性的结构 ，无法单独稳定存在 ，
直 至 ２０ 年 ，英 国 曼彻 斯 特 大 学物 理学 家 安 德 烈・ 和 康 斯 坦 丁・ 沃 肖洛 夫 ，成 功 地在 实 验 中 从石 墨 中 分 ０４ 海姆 诺 离 出石 墨 烯 ， 而证 实它 可 以单 独 存在 ，两 人 也 因 “ 二 维 石 墨烯 材 料 的 开创 性 实验 ”而 共 同 获得 ２ １ 诺 贝 在 ０ ０年
不 均 匀 ，且 石 墨 烯 和 摹 质 之 间 的 黏 合 会 影 响 碳 层 的特
性 。 另 外 彼 得 － 特 （ ｅｅ Ｓ ｔ ｒ 瑟 Ｐ ｔ ｕｔ ）等 使 用 的 基质 是稀 ｒ ｅ
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产强的互用 而二后几与完分 生 烈 相 作 ， 第 层 就 乎 钌全
离，只剩下弱 电耦合 ，得到的单层石墨烯薄片表现令
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人 满意。 采 这 法 产 石 烯 片 往厚 但 用 种方 生 的 墨 薄 往 度
好 的材 料 之 一 。石 墨 烯 特 有 的能 带 结 构 使 空 穴 和 电 子相 互 分 离 ，导 致 了 新 电 子传 导现 象 的 产 生 ，如 量 子 干 涉
效 应 、不 规 则量 子 霍 尔 效 应 等 。Ｎｏ ｏｅ ｖ 观 察 到 石 墨烯 具 有 室 温量 子 霍 耳 效应 ，使 原有 的温 度 范 围扩 大 了 ｖ ｓｌ 等 ｏ
国等国家的研 究尤其活 跃。石 墨烯或将成为可实现高速 晶体 管、高灵敏度 传感器 、激光器、触摸面板 、蓄 电
池及 高效 太 阳 能 电池 等 多种 新 一 代器 件的 核 一 料 。 材
二 、 石 墨 烯 的特 性 至 今 为 止 ， 已发现 石 墨烯 具 有 非 凡 的物 理 及 电学 性质 ，如 高 比表 面 积 、 高 导 电性 、机 械 强度 高 、 易于
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层 墨 。 ＿ ｌ ｔ 表面 较 得 高 ０ 石 烯 在ｃｅ ｉ 。 ｌ ｎ ｄ 比 容易 到 达１ ｍ ０
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层多石烯其度加温决，各面 的层 墨 。 厚 由热 度 定 制 大
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使 之 温 度 升 尚至 １ ５ －１ ５ Ｃ后 恒 温 １ ２ ｍｉ ， 而 形 ２ ０ ４ ０￣ －０ ｎ 从
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成 薄 石 层 经 几 的 索 克 尔伯 极 的 墨 ， 过 年 探 ， 莱 ．格
（ ｌ ｒ Ｂ ｒｅ）等人 已经 能 町控 地 制 备 出单 层 或 是 多 Ｃａ ｅ ｅｇｒ ｉ
ｌ Ｏ倍 。
石墨烯在很多方面具备超越现有材料的特性 ， 具体如图 １ 所示【，日 “ 本企业的一名技术人员形容单层石墨
碳材料 “ 石墨烯 ”是 “ 神仙创造 的材料 ” 。石墨烯的出现 ，有望从构造 材料到用于电子器件的功能性材料等广
泛 领域 引发 材 料 革 命 。
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一
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前 言
人们常见的石墨是由一层层 以蜂 窝状有序排列的平面碳 原子堆叠而形成的，石 墨的层间作用力较弱 ，很
容 易 互 相剥 离 ，形 成 薄 薄 的石 墨 片 。当 把 石墨 片 剥 成 单层 之 后 ， 这种 只 有 一 个碳 原 子 厚度 的单 层 就是 石 墨 烯 。
展
应 用 现状 、未 来 发 展 展望 几方 面 进 行 了 综述 ，希 望 对 石 墨烯 的 应 用 进展 有 所 了 解 。
关键词 ：石墨烯 ；应用 ；研究 ；进展
中 图分类号 ：Ｔ ２ ２ Ｍ ４
６ ８３ ２１ Ｏ— ０６ ０ ０ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — ８ Ｘ（０ ）５ ０ ０ － ６
ｌ 杨 嚣 当 Ｉ 积宵一度石烯较难 黧 具单厚的 比困。
［ 二 三三 至 墨 ， 先 碳 子 １ ￣ 渗 钌 然 冷 ， 二 亘 亟三 匝 ］ 三互 二 至 烯 首 让 原 在 １Ｃ 入 ， 后 却 ５下 ０
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尔物理学奖。
石 墨烯 的 出现 在 科 学 界激 起 了 巨大 的 波澜 ，从 ２ ０ 开始 ，研 究 论文 急剧 增加 ，作 为 形 成纳 米 尺 寸 晶体 ０ ６年 管 和 电路 的 “ 硅 时 代 ”的 新潜 力材 料 ， 旨在 应 用 石 墨 烯 的研 发 也在 全 球 范 围 内急剧 增 加 ，美 国 、 韩 国 ， 中 后
面， 片 状的 层 碳 了 “ ” 满了 个 镜 形 单 的 原 孤岛 布 整 基
质 表 面 ，最 终 它 们 可 长 成 完 整 的 层 石 墨烯 。 第 一 层
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已在低温 Ｆ 确认 具有 定效 果
Ｉ ＣＳ造导元 Ｉ 覆 ｏ，： 开 生 。层 石 烯 与 无 半体件 盖Ｏ￣ 第 层 始 长 底 的墨 会 钌 Ｍ 毒 Ｏ 需 构 ８ ０ 二 ％
修饰 及大 规模 生产 等。石 墨烯是零带 隙半导体 ，有着独特 的载流子特性，为相对论力学现象的研究提供 了一
条 重 要途 பைடு நூலகம் ； 电 子在 石 墨烯 中传 输 的 阻力 很 小 ，在 亚微 米距 离移 动 时 没 有 散射 ， 具有 很 好 的 电子传 输 性 质 ； 石 墨烯 韧 性 好 ，有 实 验表 明 ，它 们 每 １０ｍ 距 离 上承 受 的 最大 压 力 可 达 ２ ０ｎ ．Ｎ，是 迄 今 为止 发 现 的 力学 性 能最 ９