1、應用特性展望簡介http:/ Geim)和康斯坦丁諾沃肖洛夫(Kostya Novoselov)于2004年最早制作出石墨烯（Graphene），并因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。發現他們采用一種簡單的“微機械力分裂法” (microfolitation) 制備出了單原子厚度的碳膜石墨烯, 這種兩維碳材料表現了很高的結晶度而且異乎尋常地穩定。這推翻了科學界的一個長久以來的錯誤認識任何二維晶體不能在有限的溫度下穩定存在。 這一發現立刻震撼了科學界， 隨后這種新型碳材料成為材料學和物理學領域的一個研究熱點。定義 石墨烯是一種二維晶體，常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成

2、的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。制備方法通過機械力從新鮮石墨晶體的表面剝離石墨烯片層。通過加熱單晶SiC脫除Si，在單晶(0001)面上分解出石墨烯片層。Berger等人已經能可控地制備出單層. 或是多層石墨烯 。據預測這種方法很可能是未來大量制備石墨烯的主要方法之一。應用特性展望簡介神奇的特性石墨石墨烯烯特性特性導電性；其中電子的運動導電性；其中電子的運動速度達到了光速的速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度導體中的運動速度 不透明度：可以吸收不透明度：可

3、以吸收大約大約2.3%的可見光的可見光 電子運輸電子運輸 機械特性機械特性 ：人類已知強度最高的物質，比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍 特性 1力學性質比鉆石還要硬 2出色的電學性質電子運輸 3電子的相互作用 4其他特殊性能比鉆石還要硬單層石墨烯的厚度非常薄，只有一個碳原子厚，約為0.34nm。但強度卻與金剛石相當，非常堅硬。在石墨烯樣品微粒開始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力可達到約2.9微牛。瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）在發表2010年物理學獎時曾這樣比喻其強度，“利用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只

4、4kg的兔子”。還有估算顯示，如果重疊石墨烯薄片，使其厚度與食品保鮮膜相同的話，便可承載2噸重的汽車。實驗證明從鉛筆石墨中提取的石墨烯，竟然比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上百倍，這項科學發現刊登于近期的科學雜志，作者是兩位哥倫比亞大學的研究生，來自中國的韋小丁和韓裔李琩鈷。Changgu Lee, et al.Graphene Measurement of Graphene Measurement of thetheElastic Properties and Elastic Properties and Intrinsic Strength of Intrinsic Streng

5、th of MonolayerMonolayer Science 321321, 385 (2008);實現人類夢想Dreams：對于強度比世界上最好的鋼鐵還要高上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不僅可以造出紙片般薄的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣，甚至還可以制作23000英里長伸入太空的電梯，實現人類坐電梯進入太空的夢想。美國國家航空航天局（NASA）懸賞400萬美金鼓勵科學家們進行這種電梯的開發。出色的電學性質碳原子有四個價電子，這樣每個碳原子都貢獻一個未成鍵的電子，這些電子與平面成垂直的方向可形成軌道，電子可在晶體中自由移動，賦予石墨烯良好的導電性。此外，石墨烯是具有零帶隙的能帶結構。電子

6、運輸單層石墨烯中的電子與空穴（Hole）載流子遷移率有望在室下最大達到硅（Si）的100倍即20萬cm2/Vs。這一數值遠遠超過以往被認為載流子遷移率最大為7.7萬cm2/Vs的銻化銦（In）。而石墨烯室下的電阻值卻只有銅（Cu）的2/3。人們還發現，石墨烯可耐受1億2億A/cm2的電流密度，這是銅耐受量的100倍左右。載流子遷移速度很快，可達到光的1/300。傳熱率與金剛石相當，再加上其薄片形狀，所以石墨烯作為劃時代的散熱材料備受期待。導電性 石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩定。這種穩定的晶格結構

7、使碳原子具有優秀的導電性。 石墨烯最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準確地，應稱為“載荷子”(electric charge carrier)，的性質和相對論性的中微子非常相似。 石墨烯有相當的不透明度：可以吸收大約2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對論性的體現。 電子的相互作用 石墨烯中電子間以及電子與蜂窩狀柵格間均存在著強烈的相互作用。 石墨烯中的電子不僅與蜂巢晶格之間相互作用強烈，而且電子和電子之間也有很強的相互作用。 其它特殊性質 石墨烯具有明顯的二維電子特性。 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 石

8、墨烯電子性質用量子力學的迪拉克方程來描述比薛定諤方程 更好可控滲透性 離子導電體各向異性 超電容性 應用特性展望簡介應用美國IBM公司TJ沃森研究中心的科學家，最近攻克了在利用石墨構建納米電路方面最令人困擾的難題，即通過將兩層石墨烯片疊加，可以將元器件的電噪聲降低10倍，由此可以大幅改善晶體管的性能，這將有助于制造出比硅晶體管速度快、體積小、能耗低的石墨烯晶體管。 雙層石墨烯降低元器件電噪聲 應用 太空電梯纜線、替代硅生產超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池太空電梯纜線太空電梯纜線應用 太空電梯纜線、替代硅生產超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池超級計算機芯

9、片超級計算機芯片-目前世上電阻率目前世上電阻率最小的材料，電阻率僅為最小的材料，電阻率僅為10-6 cm在室溫下硅基處理器的運行速度達到在室溫下硅基處理器的運行速度達到4-5GHz 后就很難在繼續提高。后就很難在繼續提高。 使用石墨烯作為基質生產出的處理器使用石墨烯作為基質生產出的處理器能夠達到能夠達到1THz（即（即1000GHz） 應用 太空電梯纜線、替代硅生產超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池光子傳感器光子傳感器應用 太空電梯纜線、替代硅生產超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池薄得像紙一樣的薄得像紙一樣的iPhone概念概念手機手機可折疊的顯示器可折

10、疊的顯示器 應用 太空電梯纜線、替代硅生產超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池超級電容器結構（超級電容器不同于電池，在充放電時不會發生化 學反應，電能的存儲或釋放都是通過靜電場建立的物理過程完成的）其它應用 pH傳感器 氣體分子傳感器 儲氧材料 藥物控制釋放 離子篩 作為電極材料應用特性展望簡介石墨烯的展望作為一種性質獨特的新興材料，關于石墨烯應用的研究層出不窮 。如果說瓦特發明蒸汽機改變了世界,是第一次工業革命,法拉第發明了電磁感應,引發第二次革命,半導體引發第三次革命,石墨稀將引發第四次革命。石墨烯的展望 電子工程領域極具吸引力的室溫彈道場效應管 進一步減小器件開關時間，

11、THz超高頻率的操作響應特性 探索單電子器件 在同一片石墨烯上集成整個電路 其它潛在應用包括：復合材料；作為電池電極材料以提高 電池效率、儲氫材料領域、場發射材料、量子計算機以及超靈敏傳感器等領域 可應用于各種器件的特殊性能要被精確的控制 最重要的是石墨烯制備方法的改進，如何大量、低成本制備高質量的石墨烯材料應該是未來研究的一個重點產業發展動態1、海姆和諾沃肖洛夫獲得2010年諾貝爾物理學獎。許多諾貝爾科學獎項都是在獲得成果十幾或幾十年后才頒發。而石墨烯材料的制備成功距今才6年時間，就獲得了諾貝爾獎。2、在寧波舉行的“2011中國科技創業計劃大賽”頒獎儀式上，劉兆平和他的團隊研發的石墨烯生產技術，把石墨烯5000元每克的身價，降到了3元每克。借此項目獲得了最高金額的100萬元大獎“海外人才創業獎”。 3