文献综述-石墨烯.doc

(完整版)文献综述石墨烯(完整版)文献综述石墨烯(完整版)文献综述石墨烯石墨烯摘要：石墨烯英文名Graphene,是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的二维晶体，是已知材料中最薄的一种,非常牢固坚硬，是目前已知世界上强度最高的材料，其最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。因此具有良好的导电性能，有很好的应用前景.本文将从石墨烯的结构简介、发展历程、特性以及制备方法、现有成果及应用前景几方面进行描述.关键词：石墨烯载荷子晶体管太空电梯光子传感结构简介石墨烯是一种二维晶体,最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electricchargecarrier），的性质和相对论性的中微子非常相似.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，而石墨烯是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0。335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚.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.发展历程石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时，英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯.这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展,人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,而传统的半导体和导体,例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量,目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70％—80％的电能,石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非同寻常的优良特性。特性1.电子运输在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。2。导电性石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。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，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”（electricchargecarrier），的性质和相对论性的中微子非常相似。石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2。3%的可见光.而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。3.机械特性石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中,他们选取了一些在10—20微米之间的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间.之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。研究人员发现,在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂.如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断.换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。4.电子的相互作用利用世界上最强大的人造辐射源,美国加州大学、哥伦比亚大学和劳伦斯·伯克利国家实验室的物理学家发现了石墨烯特性新秘密：石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用。科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“