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石墨烯的结构、性能及应用
来源: | 作者:三顺纳米 | 发布时间: 2018-05-29 | 417 次浏览 | 分享到:

重庆百变王牌奖金 www.acrw.net 1. 石墨烯的结构
        石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,相互连接,形成一个碳分子,其结构非常稳定;随着所连接的碳原子数量不断增多,这个二维的碳分子平面不断扩大,分子也不断变大。单层石墨烯只有一个碳原子的厚度,即0.335纳米,相当于一根头发的20万分之一的厚度,1毫米厚的石墨中将近有150万层左右的石墨烯。除了单层石墨烯,碳原子层数少于10层的石墨烯则称为多层石墨烯,见图1和图2。

   
    

图1:石墨烯的SEM图                                                            图2:石墨烯的TEM图


        石墨烯的结构非常稳定,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。


2. 石墨烯的性能及应用
2.1 石墨烯的性能
        石墨烯材料自2004年被发现后,迅速引发全球范围内的研究热潮。其所具有的种种奇特性质,如高强度(超过金刚石)、高透光率(单层97.7%)、高热导率(室温下单层5300 W/m·K)、高电子迁移率(>15000 cm2/V·s)、室温量子霍尔效应等,为其在微电子、光电子、微纳传感器、能源、机械等领域的潜在应用奠定了坚实的基础,同时也给多个领域带来革命性变革的巨大期望。

 

图3:最强性能

 

图4:独特性能


2.2 石墨烯的应用
        2010年的诺贝尔物理学奖吸引了全球范围内对石墨烯的关注度,相关生产、应用的研发投入呈现大幅增加的趋势。大量的研究结果表明,石墨烯材料对于新能源产业具有较强的提升作用,其在锂离子动力电池、超级电容器等行业展现了诱人的前景。


          从国内外公开报道的信息来看,当前石墨烯技术开发主要集中在以下几个方面:
(1) 石墨烯在锂离子电池、超级电容器方面的应用;
(2) 石墨烯在半导体器件方面的应用;
(3) 石墨烯在复合材料方面的应用;
(4) 石墨烯在透明显示触摸屏、透明电极方面的应用;
(5) 石墨烯在传感器方面的应用;
(6) 石墨烯在构筑结构材料方面的应用。


          其中,国内主要集中于石墨烯材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究;日本和韩国分别在石墨烯薄膜/晶体管和纳米器件的开发领域处于技术领先。其具体的应用方向,见图5。



图5:石墨烯的主要应用方向



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