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什么是石墨烯(石墨烯是一种什么材料)
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发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
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什么是石墨烯?
石墨烯是一种由碳原子以sp^2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键,并有如下的特点:碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp2键,即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,新形成的π键呈半填满状态。
研究证实,石墨烯中碳原子的配位数为3,每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米,键与键之间的夹角为120°。
除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外,每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似),因而具有优良的导电和光学性能。
当入射光的强度超过某一临界值时,石墨烯对其的吸收会达到饱和。这些特性可以使得石墨烯可以用来做被动锁模激光器。
这种独特的吸收可能成为饱和时输入光强超过一个阈值,这称为饱和影响,石墨烯可饱和容易下可见强有力的激励近红外地区,由于环球光学吸收和零带隙。由于这种特殊性质,石墨烯具有广泛应用在超快光子学。石墨烯/氧化石墨烯层的光学响应可以调谐电。
更密集的激光照明下,石墨烯拥有一个非线性相移的光学非线性克尔效应。
溶解性:在非极性溶剂中表现出良好的溶解性,具有超疏水性和超亲油性。
熔点:科学家在2015年的研究中表示约4125K,有其他研究表明熔点在5000K左右。
其他性质:可以吸附和脱附各种原子和分子。
石墨烯材料是什么?
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯从前被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5,300W/(m·K),高于纳米碳管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15,000cm2/(V·s),又比纳米碳管或硅晶体(monocrystallinesilicon)高。
而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。由于它的电阻率极低,电子的移动速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子器件或晶体管。
石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控萤幕、光板,甚至是太阳能电池。
石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。
研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进,降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用,并逐步走向产业化。
本文到此结束,希望对大家有所帮助呢。
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