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石墨烯调研报告
2016年3月4日程毕康
.石墨烯
石墨烯是一种可以单独存在的单原子层二维碳材料。 石墨烯结构是由碳六元环组 成的二维周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维的富勒烯 (fullerene),卷成一 维的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT或者堆垛成三维的石墨(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冗键，冗电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。
二维石墨烯结构可以看做是形成所有 sp2杂化碳质材料的基本组成单元。石墨烯 可以分为单层石墨烯，双层石墨烯和多层石墨烯。
.石墨烯性能
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的 1/300 ,远远高过了电子 在其他导体中的运动速度。石墨烯具有远远高于其他材料的导电性。
另外石墨烯透光率极高，在97%以上，%勺可见光。石墨烯实际上是 一种透明、良好的导体。
石墨烯每个碳原子与相邻的三个碳原子行程三个 C-C键，这些CC键使得石 ,墨烯具有优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的理论比表面积高达 从而使石墨烯具有突出的力学性能和导热性能。石墨烯是人类已知强度最高的物 质。
石墨烯的化学性质和石墨类似。碳材料具有很强的吸附性，石墨烯也能够吸附和 脱附各种原子和分子。
石墨烯是宽带隙半导体，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、 从不消失的电导率等一系列性质。
.石墨烯的应用
由于石墨烯具有以上优异的性能使得石墨烯的是 21世纪前景广阔最广阔的材料。 目前石墨烯最主要的应用有：材料科学、电子科学、催化剂载体、生物医药学等
领域。
纳电子器件
常温下石墨烯具有 10 倍于硅片的高载流子迁移率，并且受温度和掺杂效应的影
响很小。 表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性， 这是石墨烯作为纳电子器件最
突出的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。另外，
石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能， 使探索
单电子器件成为可能。
利用石墨烯加入电池电极材料中可以大大提高充电效率， 并且提高电池容量。 新
型石墨烯材料将不依赖于铂或者其他贵金属，可有效降低成本和对环境的影响。
美国俄亥俄州 Nanotek 仪器公司实验人员利用锂离子可以在石墨烯表面和电极
之间大量快速穿梭的特性开发出一种新型储能设备， 可以将充电时间从过去的数
小时缩短到不到一分钟。
代替硅生产超级计算机
科学家发现石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料， 石墨烯的这种特性尤其
适合于高频电路。 高频电路是现代电子工业的领头羊， 一些电子设备， 由于它被
要求使用越来越高的频工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，
率，然而工作频率越高，热量也就越高，于是高频的提升受到很大限制。石墨烯
的出现， 使高频提升的发展前景