石墨烯介绍.doc

1、2004 年 ， 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 的 安 德 烈 K海 姆 (Andre K. Geim)等 制 备 出 了 石 墨 烯 。海 姆 石 墨 烯和 他 的 同 事 偶 然 中 发 现 了 一 种 简 单 易 行 的 新 途 径 。 他 们 强 行 将 石 墨 分 离 成 较 小 的 碎 片 ，从 碎 片 中 剥 离 出 较 薄 的 石 墨 薄 片 ， 然 后 用 一 种 特 殊 的 塑 料 胶 带 粘 住 薄 片 的 两 侧 ， 撕 开 胶带 ， 薄 片 也 随 之 一 分 为 二 。 不 断 重 复 这 一 过 程 ， 就 可 以 得 到 越 来 越 薄 的 石 墨 薄 片 ，

2、 而 其中 部 分 样 品 仅 由 一 层 碳 原 子 构 成 他 们 制 得 了 石 墨 烯 。 编 辑 本 段 石 墨 烯 结 构石 墨 烯 的 问 世 引 起 了 全 世 界 的 研 究 热 潮 。 它 不 仅 是 已 知 材 料 中 最 薄 的 一 种 ， 还 非 常牢 固 坚 硬 ； 作 为 单 质 ， 它 在 室 温 下 传 递 电 子 的 速 度 比 已 知 导 体 都 快 。 石 墨 烯 在 原 子 尺 度上 结 构 非 常 特 殊 ， 必 须 用 相 对 论 量 子 物 理 学 (relativistic quantum physics)才 能 描 绘。 石 墨 烯 结 构

3、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

4、 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 。 编 辑 本 段 石 墨 烯 特 性石 墨 烯 最 大 的 特 性 是 其 中 电 子 的 运 动 速 度 达 到 了 光 速 的 1/300， 远 远 超 过 了 电 子在 一 般 导 体 中 的 运 动 速 度 。 这 使 得 石 墨 烯 中 的 电 子 ， 或 更 准 确 地 ， 应 称 为 “载 荷 子 ”(electric charge carrier)， 的 性 质 和 相 对 论 性 的 中 微

5、子 非 常 相 似 。 为 了 进 一 步 说 明 石 墨 烯 中 的 载 荷 子 的 特 殊 性 质 ， 我 们 先 对 相 对 论 量 子 力 学 或 称 量 子电 动 力 学 做 一 些 了 解 。 经 典 物 理 学 中 ， 一 个 能 量 较 低 的 电 子 遇 到 势 垒 的 时 候 ， 如 果 能 量 不 足 以 让 它 爬 升 到势 垒 的 顶 端 ， 那 它 就 只 能 待 在 这 一 侧 ； 在 量 子 力 学 中 ， 电 子 在 某 种 程 度 上 是 可 以 看 作 是分 布 在 空 间 各 处 的 波 。 当 它 遇 到 势 垒 的 时 候 ， 有 可 能 以 某 种

6、 方 式 穿 透 过 去 ， 这 种 可 能 性是 零 到 一 之 间 的 一 个 数 ； 而 当 石 墨 烯 中 电 子 波 以 极 快 的 速 度 运 动 到 势 垒 前 时 ， 就 需 要 用量 子 电 动 力 学 来 解 释 。 量 子 电 动 力 学 作 出 了 一 个 更 加 令 人 吃 惊 的 预 言 ： 电 子 波 能 百 分 百地 出 现 在 势 垒 的 另 一 侧 。 以 下 实 验 证 实 了 量 子 电 动 力 学 的 预 言 ： 事 先 在 一 片 石 墨 烯 晶 体 上 人 为 施 加 一 个 电 压（ 相 当 于 一 个 势 垒 ） ， 然 后 测 定 石 墨 烯

7、 的 电 导 率 。 一 般 认 为 ， 增 加 了 额 外 的 势 垒 ， 电 阻也 会 随 之 增 加 ， 但 事 实 并 非 如 此 ， 因 为 所 有 的 粒 子 都 发 生 了 量 子 隧 道 效 应 ， 通 过 率 达 100%。 这 也 解 释 了 石 墨 烯 的 超 强 导 电 性 ： 相 对 论 性 的 载 荷 子 可 以 在 其 中 完 全 自 由 地 穿 行。 另 外 ， 研 究 也 发 现 ， 尽 管 只 有 单 层 原 子 厚 度 ， 但 石 墨 烯 有 相 当 的 不 透 明 度 ： 可 以 吸收 大 约 2.3%的 可 见 光 。 而 这 也 是 石 墨 烯 中

8、载 荷 子 相 对 论 性 的 体 现 。 美 国 哥 伦 比 亚 大 学两 名 华 裔 科 学 家 最 近 发 现 ， 铅 笔 石 墨 中 一 种 叫 做 石 墨 烯 的 二 维 碳 原 子 晶 体 ， 竟 然 比钻 石 还 坚 硬 ， 强 度 比 世 界 上 最 好 的 钢 铁 还 要 高 上 倍 。 这 种 物 质 为 “太 空 电 梯 ”超韧 缆 线 的 制 造 打 开 了 一 扇 “阿 里 巴 巴 ”之 门 ， 让 科 学 家 梦 寐 以 求 的 万 英 里 长 （ 约合 千 米 ） 太 空 电 梯 可 能 成 为 现 实 。 中 国 科 学 家 发 现 最 硬 物 质谁 也 不 会

9、 想 到 ， 铅 笔 中 竟 然 包 含 着 地 球 上 强 度 最 高 的 物 质 ！ 法 国 皇 帝 拿 破 仑 曾 经 说 过 ： “笔 比 剑 更 有 威 力 ”， 然 而 他 在 200 年 前 说 这 话 的 时 候绝 对 不 会 想 到 ， 人 类 使 用 的 普 通 铅 笔 中 竟 然 包 含 着 地 球 上 强 度 最 高 的 物 质 ！ 美 国 哥 伦 比亚 大 学 两 名 华 裔 科 学 家 最 近 研 究 发 现 ， 铅 笔 石 墨 中 一 种 叫 做 石 墨 烯 的 二 维 碳 原 子 晶 体 ，比 钻 石 还 坚 硬 ， 强 度 比 世 界 上 最 好 的 钢 铁

10、还 要 高 上 100 倍 。 发 现 者 是 两 华 裔 科 学 家人 们 熟 悉 的 铅 笔 是 由 石 墨 制 成 的 ， 而 石 墨 则 是 由 无 数 只 有 碳 原 子 厚 度 的 “石 墨 烯 ”薄 片 压 叠 形 成 ， 石 墨 烯 是 一 种 从 石 墨 材 料 中 剥 离 出 的 单 层 碳 原 子 面 材 料 ， 是 碳 的 二 维 结构 。 自 从 2004 年 石 墨 烯 被 发 现 以 来 ， 有 关 的 科 学 研 究 就 从 未 间 断 过 。 然 而 直 到 最 近 ，美 国 科 学 家 才 首 次 证 实 了 人 们 长 久 以 来 的 怀 疑 ， 石 墨

11、烯 竟 是 目 前 世 界 上 已 知 的 强 度 最 高的 材 料 ！ 据 悉 ， 这 一 惊 人 的 科 学 发 现 是 由 美 国 哥 伦 比 亚 大 学 的 两 名 华 裔 科 学 家 李 成 古 和 魏 小丁 （ 音 译 ） 一 起 研 究 得 出 的 ， 而 李 成 古 研 究 “石 墨 烯 ”强 度 的 主 要 工 具 之 一 ， 竟 是 普 通的 透 明 胶 带 ！ 李 成 古 向 记 者 解 释 他 们 的 “低 科 技 ”研 究 方 法 说 ： “为 了 了 解 石 墨 烯 的 强 度， 我 们 首 先 必 须 从 石 墨 上 剥 离 出 一 些 石 墨 烯 薄 片 ， 于

12、 是 我 们 想 到 了 透 明 胶 带 。 ”科 学家 先 将 胶 带 粘 在 一 块 石 墨 上 ， 然 后 再 撕 下 来 ， 接 着 科 学 家 又 将 胶 带 粘 到 了 一 块 面 积 只 有1 平 方 英 寸 的 硅 片 上 ， 然 后 再 将 胶 带 从 硅 片 上 撕 下 来 ， 这 时 数 千 小 片 石 墨 都 粘 到 了 硅 片上 。 比 钻 石 还 要 坚 硬硅 片 上 有 数 千 个 肉 眼 看 不 见 的 小 孔 。 科 学 家 开 始 采 取 高 科 技 手 段 ， 将 硅 片 放 置 在 电子 显 微 镜 下 进 行 观 察 ， 科 学 家 花 费 数 天 时

13、 间 ， 希 望 能 在 硅 片 小 孔 上 发 现 合 适 的 单 原 子 厚的 石 墨 烯 薄 片 。 一 旦 科 学 家 发 现 了 一 些 只 有 100 分 之 一 头 发 丝 宽 度 的 石 墨 烯 薄 片 后 ， 他 们 就 开 始使 用 原 子 尺 寸 的 金 属 和 钻 石 探 针 对 它 们 进 行 穿 刺 ， 从 而 测 试 它 们 的 强 度 。 让 科 学 家 震 惊的 是 ， 石 墨 烯 比 钻 石 还 强 硬 ， 它 的 强 度 比 世 界 上 最 好 的 钢 铁 还 高 100 倍 ！ 美 国 机 械 工 程 师 杰 弗 雷 基 萨 教 授 用 一 种 形 象

14、的 方 法 解 释 了 石 墨 烯 的 强 度 ： 如 果 将一 张 和 食 品 保 鲜 膜 一 样 薄 的 石 墨 烯 薄 片 覆 盖 在 一 只 杯 子 上 ， 然 后 试 图 用 一 支 铅 笔 戳 穿 它， 那 么 需 要 一 头 大 象 站 在 铅 笔 上 ， 才 能 戳 穿 只 有 保 鲜 膜 厚 度 的 石 墨 烯 薄 层 。 可 做 “太 空 电 梯 ”缆 线据 科 学 家 称 ， 地 球 上 很 容 易 找 到 石 墨 原 料 ， 而 石 墨 烯 堪 称 是 人 类 已 知 的 强 度 最 高 的物 质 ， 它 将 拥 有 众 多 令 人 神 往 的 发 展 前 景 。 它

15、不 仅 可 以 开 发 制 造 出 纸 片 般 薄 的 超 轻 型 飞机 材 料 、 可 以 制 造 出 超 坚 韧 的 防 弹 衣 ， 甚 至 还 为 “太 空 电 梯 ”缆 线 的 制 造 打 开 了 一 扇 “阿 里 巴 巴 ”之 门 。 美 国 研 究 人 员 称 ， “太 空 电 梯 ”的 最 大 障 碍 之 一 ， 就 是 如 何 制 造 出 一 根从 地 面 连 向 太 空 卫 星 、 长 达 23000 英 里 并 且 足 够 强 韧 的 缆 线 ， 美 国 科 学 家 证 实 ， 地 球上 强 度 最 高 的 物 质 “石 墨 烯 ”完 全 适 合 用 来 制 造 太 空 电

16、 梯 缆 线 ！ 人 类 通 过 “太 空 电 梯 ”进 入 太 空 ， 所 花 的 成 本 将 比 通 过 火 箭 升 入 太 空 便 宜 很 多 。 为 了激 励 科 学 家 发 明 出 制 造 太 空 电 梯 缆 线 的 坚 韧 材 料 ， 美 国 NASA 此 前 还 发 出 了 400 万美 元 的 悬 赏 。 代 替 硅 生 产 超 级 计 算 机不 过 据 科 学 家 称 ， 尽 管 石 墨 在 大 自 然 中 非 常 普 遍 ， 并 且 石 墨 烯 是 人 类 已 知 强 度 最 高的 物 质 ， 但 科 学 家 可 能 仍 然 需 要 花 费 数 年 甚 至 几 十 年 时

17、间 ， 才 能 找 到 一 种 将 石 墨 转 变 成大 片 高 质 量 石 墨 烯 “薄 膜 ”的 方 法 ， 从 而 可 以 用 它 们 来 为 人 类 制 造 各 种 有 用 的 物 质 。 据 科 学 家 称 ， 石 墨 烯 除 了 异 常 牢 固 外 ， 还 具 有 一 系 列 独 一 无 二 的 特 性 ， 石 墨 烯 还 是目 前 已 知 导 电 性 能 最 出 色 的 材 料 ， 这 使 它 在 微 电 子 领 域 也 具 有 巨 大 的 应 用 潜 力 。 研 究 人员 甚 至 将 石 墨 烯 看 作 是 硅 的 替 代 品 ， 能 用 来 生 产 未 来 的 超 级 计 算

18、 机 。 这 种 物 质 不 仅 可 以 用 来 开 发 制 造 出 纸 片 般 薄 的 超 轻 型 飞 机 材 料 、 制 造 出 超 坚 韧 的 防弹 衣 ， 甚 至 能 让 科 学 家 梦 寐 以 求 的 2.3 万 英 里 长 太 空 电 梯 成 为 现 实 。 编 辑 本 段 石 墨 烯 的 制 备 方 法石 墨 烯 结 构 示 意 图石 墨 烯 的 合 成 方 法 主 要 有 两 种 ： 机 械 方 法 和 化 学 方 法 。 机 械 方 法 包 括 微 机 械 分 离 法 、 取向 附 生 法 和 加 热 SiC 的 方 法 ； 化 学 方 法 是 化 学 分 散 法 。 微 机

19、 械 分 离 法最 普 通 的 是 微 机 械 分 离 法 ， 直 接 将 石 墨 烯 薄 片 从 较 大 的 晶 体 上 剪 裁 下 来 。 2004年 Novoselovt 等 用 这 种 方 法 制 备 出 了 单 层 石 墨 烯 ， 并 可 以 在 外 界 环 境 下 稳 定 存 在 。 典型 制 备 方 法 是 用 另 外 一 种 材 料 膨 化 或 者 引 入 缺 陷 的 热 解 石 墨 进 行 摩 擦 ， 体 相 石 墨 的 表 面会 产 生 絮 片 状 的 晶 体 ， 在 这 些 絮 片 状 的 晶 体 中 含 有 单 层 的 石 墨 烯 。 但 缺 点 是 此 法 是 利 用

20、 摩 擦 石 墨 表 面 获 得 的 薄 片 来 筛 选 出 单 层 的 石 墨 烯 薄 片 ， 其 尺 寸不 易 控 制 ， 无 法 可 靠 地 制 造 长 度 足 供 应 用 的 石 墨 薄 片 样 本 。 取 向 附 生 法 晶 膜 生 长取 向 附 生 法 是 利 用 生 长 基 质 原 子 结 构 “种 ”出 石 墨 烯 ， 首 先 让 碳 原 子 在 1 1 5 0 下 渗 入 钌 ， 然 后 冷 却 ， 冷 却 到 850 后 ,之 前 吸 收 的 大 量 碳 原 子 就 会 浮 到 钌 表 面 ， 镜片 形 状 的 单 层 的 碳 原 子 “ 孤 岛 ” 布 满 了 整 个 基

21、 质 表 面 ， 最 终 它 们 可 长 成 完 整 的 一 层 石 墨 烯 。 第 一 层 覆 盖 8 0 后 ， 第 二 层 开 始 生 长 。 底 层 的 石 墨 烯 会 与 钌 产 生 强 烈 的 交互 作 用 ， 而 第 二 层 后 就 几 乎 与 钌 完 全 分 离 ， 只 剩 下 弱 电 耦 合 ， 得 到 的 单 层 石 墨 烯 薄 片 表现 令 人 满 意 。 但 采 用 这 种 方 法 生 产 的 石 墨 烯 薄 片 往 往 厚 度 不 均 匀 ， 且 石 墨 烯 和 基 质 之 间 的 黏 合 会影 响 碳 层 的 特 性 。 另 外 Peter W.Sutter 等 使

22、 用 的 基 质 是 稀 有 金 属 钌 。 加 热 SiC 法该 法 是 通 过 加 热 单 晶 6H-SiC 脱 除 Si， 在 单 晶 (0001) 面 上 分 解 出 石 墨 烯 片 层 。具 体 过 程 是 ： 将 经 氧 气 或 氢 气 刻 蚀 处 理 得 到 的 样 品 在 高 真 空 下 通 过 电 子 轰 击 加 热 ， 除 去氧 化 物 。 用 俄 歇 电 子 能 谱 确 定 表 面 的 氧 化 物 完 全 被 移 除 后 ， 将 样 品 加 热 使 之 温 度 升 高 至12501450 后 恒 温 1min20min， 从 而 形 成 极 薄 的 石 墨 层 ， 经 过

23、 几 年 的 探 索 ， Berger 等 人 已 经 能 可 控 地 制 备 出 单 层 或 是 多 层 石 墨 烯 。 其 厚 度 由 加 热 温 度 决 定 ， 制 备 大 面 积 具 有 单 一 厚 度 的 石 墨 烯 比 较 困 难 。 一 条 以 商 品 化 碳 化 硅 颗 粒 为 原 料 ， 通 过 高 温 裂 解 规 模 制 备 高 品 质 无 支 持 （ Free standing） 石 墨 烯 材 料 的 新 途 径 。 通 过 对 原 料 碳 化 硅 粒 子 、 裂 解 温 度 、 速 率 以 及 气 氛 的控 制 ， 可 以 实 现 对 石 墨 烯 结 构 和 尺 寸

24、的 调 控 。 这 是 一 种 非 常 新 颖 、 对 实 现 石 墨 烯 的 实 际应 用 非 常 重 要 的 制 备 方 法 。 化 学 分 散 法化 学 分 散 法 是 将 氧 化 石 墨 与 水 以 1 mg/mL 的 比 例 混 合 ， 用 超 声 波 振 荡 至 溶 液清 晰 无 颗 粒 状 物 质 ， 加 入 适 量 肼 在 1 0 0 回 流 2 4 h ， 产 生 黑 色 颗 粒 状 沉 淀 ， 过滤 、 烘 干 即 得 石 墨 烯 。 Sasha Stankovich 等 利 用 化 学 分 散 法 制 得 厚 度 为 1 nm 左 右的 石 墨 烯 。 编 辑 本 段 石

25、 墨 烯 的 表 征 方 法石 墨 烯 的 表 征 方 法 ： 原 子 力 显 微 镜 、 光 学 显 微 镜 、 Raman 光 谱 、 XRD 原 子 力 显 微 镜 （ AFM）由 于 单 层 石 墨 烯 厚 度 只 有 0.335nm， 在 扫 描 电 镜 （ SEM） 中 很 难 观 察 到 ， 原 子力 显 微 镜 是 确 定 石 墨 烯 结 构 最 直 接 的 办 法 。 光 学 显 微 镜单 层 石 墨 烯 附 着 在 表 面 覆 盖 着 一 定 厚 度 （ 300nm） 的 SiO2 层 Si 晶 片 上 ， 可 以在 光 学 显 微 镜 下 观 测 到 。 这 是 因 为

26、单 层 石 墨 层 和 衬 底 对 光 线 产 生 的 干 涉 有 一 定 得 对 比 度。 受 空 气 -石 墨 层 -SiO2 层 间 的 界 面 影 响 。 Raman 光 谱Roman 光 谱 的 形 状 、 宽 度 和 位 置 与 其 测 试 的 物 体 层 数 有 关 ， 为 测 量 石 墨 烯 层 数 提供 了 一 个 高 效 率 、 无 破 坏 的 表 征 手 段 。 石 墨 烯 和 石 墨 本 体 一 样 在 1580cm ( G 峰 ) 和 2700cm (2 峰 ) 2 个 位 置 有 比 较明 显 的 吸 收 峰 ， 相 比 石 墨 本 体 ， 石 墨 烯 在 1580

27、 cm 处 的 吸 收 峰 强 度 较 低 ， 而 在 2700 cm 处 的 吸 收 峰 强 度 较 高 ， 并 且 不 同 层 数 的 石 墨 烯 在 2700 cm 处 的 吸 收 峰 位 置略 有 移 动 。 编 辑 本 段 石 墨 烯 改 变 世 界 的 新 材 料我 们 每 个 人 都 有 使 用 铅 笔 的 经 历 ， 但 几 乎 没 有 人 意 识 到 当 我 们 用 铅 笔 在 纸 上 留 下 字迹 的 同 时 也 不 知 不 觉 地 制 造 出 了 很 有 可 能 在 不 久 的 将 来 改 变 人 类 生 活 的 新 材 料 。 这 种 目前 在 科 学 界 最 热 门

28、的 材 料 就 是 石 墨 烯 。 顾 名 思 义 ， 石 墨 烯 与 石 墨 有 紧 密 的 联 系 。 我 们 知道 ， 石 墨 是 一 类 层 状 的 材 料 ， 它 是 由 一 层 又 一 层 的 二 维 平 面 碳 原 子 网 络 有 序 堆 叠 而 形 成的 。 由 于 层 间 的 作 用 力 较 弱 ， 因 此 石 墨 层 间 很 容 易 互 相 剥 离 ， 形 成 薄 的 石 墨 片 ， 这 也 正是 铅 笔 能 在 纸 上 留 下 痕 迹 的 原 因 。 这 样 的 剥 离 存 在 一 个 最 小 的 极 限 ， 那 就 是 单 层 的 剥 离， 即 形 成 厚 度 只 有

29、一 个 碳 原 子 的 单 层 石 墨 ， 这 就 是 石 墨 烯 。 但 长 久 以 来 ， 科 学 家 们 从 理论 上 一 直 认 为 这 种 纯 粹 的 二 维 晶 体 材 料 是 无 法 稳 定 存 在 的 ， 一 些 试 图 制 备 石 墨 烯 的 工 作也 均 以 失 败 而 告 终 。 直 到 2004 年 ， 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 的 A. Geim 教 授 及 其 合 作 人员 凭 借 极 大 的 耐 心 与 一 点 点 运 气 终 于 如 大 海 捞 针 般 首 次 发 现 了 石 墨 烯 。 他 们 采 取 的 手 段与 铅 笔 写 字 有 异 曲 同 工 之

30、 妙 ， 即 通 过 透 明 胶 带 对 石 墨 进 行 反 复 的 粘 贴 与 撕 开 使 得 石 墨 片的 厚 度 逐 渐 减 小 ， 最 终 通 过 显 微 镜 在 大 量 的 薄 片 中 寻 找 到 了 理 论 厚 度 只 有 0.34 纳 米（ 约 为 头 发 直 径 的 二 十 万 分 之 一 ） 的 石 墨 烯 。 这 一 发 现 在 科 学 界 引 起 了 巨 大 的 轰 动 ， 不仅 是 因 为 它 打 破 了 二 维 晶 体 无 法 真 实 存 在 的 理 论 预 言 ， 更 为 重 要 的 是 石 墨 烯 的 出 现 带 来了 众 多 出 乎 人 们 意 料 的 新 奇

31、特 性 ， 使 它 成 为 继 富 勒 烯 和 碳 纳 米 管 后 又 一 个 里 程 碑 式 的 新材 料 。 而 Geim 教 授 也 凭 借 这 一 发 现 获 得 了 2008 年 诺 贝 尔 物 理 学 奖 的 提 名 。 石 墨 烯 这 一 目 前 世 界 上 最 薄 的 物 质 首 先 让 凝 聚 态 物 理 学 家 们 惊 喜 不 已 。 由 于 碳 原 子间 的 作 用 力 很 强 ， 因 此 即 使 经 过 多 次 的 剥 离 ， 石 墨 烯 的 晶 体 结 构 依 然 相 当 完 整 ， 这 就 保证 了 电 子 能 在 石 墨 烯 平 面 上 畅 通 无 阻 的 迁 移

32、 ， 其 迁 移 速 率 为 传 统 半 导 体 硅 材 料 的 数 十 至上 百 倍 。 这 一 优 势 使 得 石 墨 烯 很 有 可 能 取 代 硅 成 为 下 一 代 超 高 频 率 晶 体 管 的 基 础 材 料 而广 泛 应 用 于 高 性 能 集 成 电 路 和 新 型 纳 米 电 子 器 件 中 。 目 前 科 学 家 们 已 经 研 制 出 了 石 墨 烯晶 体 管 的 原 型 ， 并 且 乐 观 地 预 计 不 久 就 会 出 现 全 由 石 墨 烯 构 成 的 全 碳 电 路 并 广 泛 应 用 于人 们 的 日 常 生 活 中 。 此 外 ， 二 维 石 墨 烯 材 料

33、 中 的 电 子 行 为 与 三 维 材 料 截 然 不 同 ， 无 法 用传 统 的 量 子 力 学 加 以 解 释 ， 而 必 须 运 用 更 为 复 杂 的 相 对 论 量 子 力 学 来 阐 释 。 因 此 石 墨 烯为 相 对 论 量 子 力 学 的 研 究 提 供 了 很 好 的 平 台 ， 而 在 这 之 前 科 学 家 们 只 能 在 高 能 宇 宙 射 线或 高 能 加 速 器 中 对 该 理 论 进 行 验 证 ， 如 今 终 于 可 以 在 普 通 环 境 下 轻 松 开 展 研 究 了 。 石 墨 烯 还 具 有 超 高 的 强 度 ， 碳 原 子 间 的 强 大 作

34、用 力 使 其 成 为 目 前 已 知 的 力 学 强 度 最高 的 材 料 ， 并 有 可 能 作 为 添 加 剂 广 泛 应 用 于 新 型 高 强 度 复 合 材 料 之 中 。 石 墨 烯 良 好 的 导电 性 及 其 对 光 的 高 透 过 性 又 让 它 在 透 明 导 电 薄 膜 的 应 用 中 独 具 优 势 ， 而 这 类 薄 膜 在 液 晶显 示 以 及 太 阳 能 电 池 等 领 域 至 关 重 要 。 另 外 ， 石 墨 烯 在 高 灵 敏 度 传 感 器 和 高 性 能 储 能 器件 方 面 也 已 经 展 示 出 诱 人 的 应 用 前 景 。 可 以 说 ， 石

35、墨 烯 的 出 现 不 仅 给 科 学 家 们 提 供 了 一个 充 满 魅 力 与 无 限 可 能 的 研 究 对 象 ， 更 让 我 们 对 其 充 满 了 期 待 ， 也 许 在 不 久 的 将 来 ， 石墨 烯 就 会 为 我 们 搭 建 起 更 加 便 捷 与 美 好 的 生 活 。 看 了 以 上 的 介 绍 ， 如 果 你 对 石 墨 烯 产 生 了 兴 趣 的 话 ， 不 妨 也 可 以 尝 试 着 DIY 一下 。 其 实 很 简 单 ， 只 要 你 一 点 石 墨 、 有 一 卷 胶 带 和 一 台 显 微 镜 就 可 以 了 ， 当 然 还 要 加 上足 够 的 耐 心 。 好 了 ， 现 在 你 就 可 以 像 Geim 教 授 一 样 开 始 在 科 学 世 界 中 的 探 索 了 。