石墨烯的特性

石墨烯獨特的單原子層結(jié)構(gòu)，決定了其擁有許多優(yōu)異的性質(zhì)。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

石墨烯有很多“最強性能”，具體見下圖所述：

1.石墨烯的電學(xué)特性

單層石墨烯的價帶與導(dǎo)帶相交于布里淵區(qū)的六個頂點，這些頂點就是狄拉克點。由此，我們發(fā)現(xiàn)石墨烯是一種特殊能帶結(jié)構(gòu)的零帶隙半導(dǎo)體材料。因此，石墨烯具有很多優(yōu)異的電學(xué)特性：（1）低電阻率；（2）高遷移率；（3）高遷移速度；（4）半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。

2 .石墨烯的力學(xué)特性

由于石墨烯中的每個碳原子均與相鄰的三個碳原子結(jié)合成很強的σ鍵，因此石墨烯同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。

2008年，美國哥倫比亞大學(xué)兩名華裔科學(xué)家利用原子力顯微鏡直接測試了單層石墨烯的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)石墨烯是至今測量過的強度最大的材料，其楊氏模量約為1100GPa，斷裂強度更是達到了130GPa，比結(jié)構(gòu)剛的強度要高200倍。

2013年，該研究團隊發(fā)現(xiàn)即使是存在缺陷的石墨烯仍然是目前已知的強度最高的材料。完全由縫合晶界組成的石墨烯薄膜能保持超高強度，這是石墨烯在柔性電子和加強件等領(lǐng)域大量應(yīng)用的關(guān)鍵。

3.石墨烯的熱學(xué)特性

(1)石墨烯的導(dǎo)熱率高達5300W·m-1·K-1，是銅的2倍和硅的50倍；

(2)單層石墨烯的導(dǎo)熱率與片層寬帶、缺陷密度和邊緣粗糙度密切相關(guān)；

(3)石墨稀片層沿平面方向?qū)峋哂懈飨虍愋缘奶攸c；

(4)在室溫以上，導(dǎo)熱率隨著溫度的增加而逐漸減小。

4.石墨烯的光學(xué)特性

2008年，奈爾(Nair)等人發(fā)現(xiàn)石墨烯在近紅外和可見光波段具有極佳的光透射性。他們將懸浮的石墨烯薄膜覆蓋在幾十個μm量級的孔洞上，發(fā)現(xiàn)單層石墨烯的可見光透過率能夠達97.7%，而且透光率隨著層數(shù)的增加呈線性減少的趨勢。