1、類石墨烯二維材料綜述制作人：1、定義： 類石墨烯二維材料是指在一個維度上維持納米尺度，一個或幾個原子層厚度，而在二維平面內具有無限類似碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，具有許多獨特的性質。2、意義： 因為二維材料如石墨烯等具有很多非常優異的特性，比如吸收2.3的白光譜，高表面積比，高的楊氏彈性模量，優異的導熱導電性，故這類二維材料可以應用在光電學、自旋電子學、催化劑、生化傳感器、大容量電容器、晶體管、太陽能電池、鋰離子電池、DNA測序等很多領域。3、 在研材料 目前正在研究的類石墨烯二維材料有六方氮化硼、過渡族金屬與硫族元素化合物、第三（四）主族金屬硫化物、硅烯和鍺烯等。二維材料圖

2、片六方硼氮結構硅烯結構示意圖石墨烯 1 發現： 2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈杰姆和克斯特亞諾沃消洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。 因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。 克斯特亞諾沃消洛夫說：“我們認為它可以算是不同與金屬、半導體、絕緣體之外的嶄新的一類材料”。 【命名：石墨烯（Graphene）的命名來自英文的graphite(石墨) + -ene(烯類結

3、尾)。它一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在】 2 結構： 因為結構決定性質，先看看石墨烯的結構。石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列構成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網。石墨烯是構成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形); 如果有五邊形和七邊形存在，則會構成石墨烯的缺陷。12個五角形石墨烯會共同形成富勒烯。sp2雜化軌道 何為雜化？電子軌道能量增加使其激發，中心原子的若干能量相近的原子軌道

4、重新組合，形成一組新的軌道，這個過程叫做軌道的雜化，產生的新軌道叫做雜化軌道。具有能量較低的電子亞層的一個或多個電子會激發而變為激發態，進入能量較高的電子亞層中去，即所謂的躍遷現象，從而新形成了一個或多個能量較高的電子亞層。此時，這一個與多個原來處于較低能量的電子亞層的電子所具有的能量增加到與原來能量較高的電子亞層中的電子相同。這樣，這些電子的軌道便混雜在一起，這便是雜化，而這些電子的狀態也就是所謂的雜化態。 雜化軌道示意圖 3 性質及應用 物理性質： a) 強度最高：單排原子，并且原子之間普遍以較大鍵能的共價鍵結合。b) 密度：六邊形鏈長0.142nm，面積為0.052nm，密度0.77mg

5、/m透光性和顏色：高度透明，可見光透過率97.7，與波長無關c) 電導率高：每個碳原子都是sp2雜化，每個c原子通過較強的鍵與相鄰的三個c原子相連并且每個c貢獻出剩余的一個p軌道電子形成大鍵，電子可以自由移動；無晶格缺陷或外來原子，電子在軌道運動中阻力很小，速度遠超過金屬和半導體；各碳原子連接柔韌，結構穩定d) 熱導率高：同等條件下是銅的十倍多 電學性質：石墨烯導帶與價帶在費米能級的6個頂點相交，故為為零帶隙半導體，具有金屬性和優良的電子性。 化學性質：由于沒有做出適用于傳統化學的樣品，故化學性質研究欠缺。因為結構類似石墨表面，推測可以吸收和脫附各種原子和分子，有高的表面積比，可以作為儲氫材料

6、。 應用：DNA測序：石墨烯的結構特點使其對帶有裸露的環狀結構的化合物具有強烈的吸附作用，DNA的堿基包含六元環結構，石墨烯會與裸露的堿基發生強烈的-作用，從而吸附DNA。催化作用 ：石墨烯具有良好的導電性，在光催化反應或者電化學反應中可作為催化劑的載體，利于光生電子-空穴對的分離，增強催化活性。有機電致發光器件： 利用石墨烯透明導電的特性，北大科研人員制備了（）（）多層結構的發光二極管。 如右圖所示：太陽能電池： 石墨烯有較好的光電轉換特性，并且作為一個二維結構的薄膜電極具有不少優點：導電特性和光學特性可通過層數變化、摻雜等進行調控，非常平整的表面有利于功能層的組裝，清華大學研究人員以石墨烯

7、作陽極制備了肖特基結太陽能電池。 如右圖所示：石墨烯納米發電機 如下圖所示： 4 石墨烯制備方法1 機械剝離法 光刻膠反復粘撕 摩擦法2 SiC晶體外延生長 加熱單晶6H-SiC除硅3 氣相化學沉積法 以含碳有機物為碳源4 氧化還原法 鱗片石墨 氧化石墨 超聲分散 還原六方氮化硼二維材料 1 純凈硼氮片的電磁性質 結構 絕緣體 5.9ev 光滑，可做潤滑劑。 與石墨烯形成三明治夾層：減少電子空穴和坑，更穩定。層狀與塊狀的能隙及及擊穿場強。 2 硼氮片功能化處理 石墨烯完全（半）氫化及氟化的能隙變化硼氮片的氫化。 對硼氮片做原子吸附或替代的功能化處理B-N-C性質。 3硼氮片合成方法 機械或液相剝離法 化學溶劑超聲法 親