中國(guó)粉體網(wǎng)7月10日訊 石墨烯在力學(xué)、電學(xué) 、光學(xué) ,、熱學(xué)等方面具有優(yōu)異特性,。
力學(xué)特性
石墨烯中,碳原子之間的連接處于非常柔韌的狀態(tài)，當(dāng)被施加外部機(jī)械力時(shí),，碳原子面會(huì)彎曲變形,，碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力 ，因此保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,。石墨烯是人類(lèi)已知強(qiáng)度最高的材料,，比世界上強(qiáng)度最高的鋼鐵高100多倍。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)研究小組選取了10~20微米的石墨烯微粒作為研究對(duì)象,，研究人員先將這些樣品放在一個(gè)表面鉆有小孔的晶體傅板上,，小孔的直徑在1~1.5 微米之間。之后他們偵用金剛石制成的探針對(duì)這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力,，用以測(cè)誠(chéng)它們的承受能力,。研究發(fā)現(xiàn)，在樣品微粒碎前,，每100納米可承受的最大壓力達(dá)2.9微牛左右,。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可測(cè)箅出要使1微米的石墨烯斷裂,，至少需要施加55牛的力 ,。
電學(xué)特性
石墨稀具有超高的電遷移率，它的導(dǎo)電性遠(yuǎn)髙于目前任何高溫超導(dǎo)材料。曼徹斯特大學(xué)的研究小組在室溫下測(cè)量了單層石墨烯分子的電子遷移率,，發(fā)現(xiàn)即使在含有雜質(zhì)的石墨烯中,，電荷的遷移率仍可達(dá)10000厘米2/( 伏 ·秒)。2008年,，海姆研究小組又證明,，電子在石墨稀中的遷移率可以達(dá)到前所未有的200000厘米2/( 伏 ·秒) 。不久之后,，哥倫比亞大學(xué)的博洛京( K .Bolotin) 將這個(gè)數(shù)值再次提高到250000厘米2/( 伏.秒) ,。而目前晶體管的主要材料單晶硅的電子遷移率只有1400厘米7( 伏.秒)，高純度石墨烯的電子遷移率超過(guò)單晶硅 150倍以上,。此外,，石墨烯的電子遷移率幾乎不隨溫度變化而變化。
光學(xué)特性
石墨烯幾乎是完全透明的,，只吸收大約2.3%的可見(jiàn)光,，光透率高達(dá)97.7%。石墨烯層的光吸收與層數(shù)成比例,，數(shù)層石墨烯( FLG〉樣品中的每一層都可以看做二維電子氣,，受臨近層的擾動(dòng)極小，其在光學(xué)上等效為幾乎互不作用 的單層石墨烯( SLG) 的疊加,。單層石墨烯在300~2500納米間的吸收譜平坦,，在紫外區(qū)有吸收峰，這是由于石墨烯態(tài)密度中的激子移動(dòng)呈現(xiàn)范霍夫奇異性,。在數(shù)層石墨烯中,，低能區(qū)有與帶躍遷相關(guān)的其他吸收特性 。
熱學(xué)特性
石墨烯也是一種熱穩(wěn)定材料,。石墨烯的熱導(dǎo)率高達(dá)5300瓦/( 米 .開(kāi)),，是銅的13倍。研究現(xiàn),，單層石墨稀的導(dǎo)熱率與片層寬帶、缺陷密度和邊緣粗糖度密切相關(guān),；石墨烯片層沿平面方向?qū)峋哂懈飨虍愋缘奶攸c(diǎn)：在室溫以上,，石墨烯的熱導(dǎo)率隨著溫度的增加而逐漸減小。
化學(xué)特性
石墨烯的電學(xué)性能受到了廣泛關(guān)注,，然而它的化學(xué)特性卻一直少人問(wèn)津,。目前已知的化學(xué)特性有： 石墨烯可以吸附和脫附各種原子和分子，如 二氧化氮 ,、氨 ,、鉀等吸附物作為給體或受體往往會(huì)導(dǎo)致載流子濃度發(fā)生變化： 而氫離子、氫氧根離子等吸附物會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電性很差的衍生物，但這些都不是新的化合物,。從表面化學(xué)的角度來(lái)看,，石墨烯的性質(zhì)類(lèi)似石墨，因此可根據(jù)石墨來(lái)推測(cè)石墨烯的化學(xué)性質(zhì),。石墨烯的化學(xué)性質(zhì)研究將在今后數(shù)年內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn),。
力學(xué)特性
石墨烯中,碳原子之間的連接處于非常柔韌的狀態(tài)，當(dāng)被施加外部機(jī)械力時(shí),，碳原子面會(huì)彎曲變形,，碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力 ，因此保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,。石墨烯是人類(lèi)已知強(qiáng)度最高的材料,，比世界上強(qiáng)度最高的鋼鐵高100多倍。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)研究小組選取了10~20微米的石墨烯微粒作為研究對(duì)象,，研究人員先將這些樣品放在一個(gè)表面鉆有小孔的晶體傅板上,，小孔的直徑在1~1.5 微米之間。之后他們偵用金剛石制成的探針對(duì)這些放置在小孔上的石墨烯施加壓力,，用以測(cè)誠(chéng)它們的承受能力,。研究發(fā)現(xiàn)，在樣品微粒碎前,，每100納米可承受的最大壓力達(dá)2.9微牛左右,。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可測(cè)箅出要使1微米的石墨烯斷裂,，至少需要施加55牛的力 ,。
電學(xué)特性
石墨稀具有超高的電遷移率，它的導(dǎo)電性遠(yuǎn)髙于目前任何高溫超導(dǎo)材料。曼徹斯特大學(xué)的研究小組在室溫下測(cè)量了單層石墨烯分子的電子遷移率,，發(fā)現(xiàn)即使在含有雜質(zhì)的石墨烯中,，電荷的遷移率仍可達(dá)10000厘米2/( 伏 ·秒)。2008年,，海姆研究小組又證明,，電子在石墨稀中的遷移率可以達(dá)到前所未有的200000厘米2/( 伏 ·秒) 。不久之后,，哥倫比亞大學(xué)的博洛京( K .Bolotin) 將這個(gè)數(shù)值再次提高到250000厘米2/( 伏.秒) ,。而目前晶體管的主要材料單晶硅的電子遷移率只有1400厘米7( 伏.秒)，高純度石墨烯的電子遷移率超過(guò)單晶硅 150倍以上,。此外,，石墨烯的電子遷移率幾乎不隨溫度變化而變化。
光學(xué)特性
石墨烯幾乎是完全透明的,，只吸收大約2.3%的可見(jiàn)光,，光透率高達(dá)97.7%。石墨烯層的光吸收與層數(shù)成比例,，數(shù)層石墨烯( FLG〉樣品中的每一層都可以看做二維電子氣,，受臨近層的擾動(dòng)極小，其在光學(xué)上等效為幾乎互不作用 的單層石墨烯( SLG) 的疊加,。單層石墨烯在300~2500納米間的吸收譜平坦,，在紫外區(qū)有吸收峰，這是由于石墨烯態(tài)密度中的激子移動(dòng)呈現(xiàn)范霍夫奇異性,。在數(shù)層石墨烯中,，低能區(qū)有與帶躍遷相關(guān)的其他吸收特性 。
熱學(xué)特性
石墨烯也是一種熱穩(wěn)定材料,。石墨烯的熱導(dǎo)率高達(dá)5300瓦/( 米 .開(kāi)),，是銅的13倍。研究現(xiàn),，單層石墨稀的導(dǎo)熱率與片層寬帶、缺陷密度和邊緣粗糖度密切相關(guān),；石墨烯片層沿平面方向?qū)峋哂懈飨虍愋缘奶攸c(diǎn)：在室溫以上,，石墨烯的熱導(dǎo)率隨著溫度的增加而逐漸減小。
化學(xué)特性
石墨烯的電學(xué)性能受到了廣泛關(guān)注,，然而它的化學(xué)特性卻一直少人問(wèn)津,。目前已知的化學(xué)特性有： 石墨烯可以吸附和脫附各種原子和分子，如 二氧化氮 ,、氨 ,、鉀等吸附物作為給體或受體往往會(huì)導(dǎo)致載流子濃度發(fā)生變化： 而氫離子、氫氧根離子等吸附物會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電性很差的衍生物，但這些都不是新的化合物,。從表面化學(xué)的角度來(lái)看,，石墨烯的性質(zhì)類(lèi)似石墨，因此可根據(jù)石墨來(lái)推測(cè)石墨烯的化學(xué)性質(zhì),。石墨烯的化學(xué)性質(zhì)研究將在今后數(shù)年內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn),。
